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本文利用高活性的有机小分子扩链剂2,2’-双-(2-嗯唑啉)(BOZ)和亚磷酸三苯酯(TPP),在反应型双螺杆挤出机里对低粘度的聚乳酸进行熔融扩链,通过这种廉价高效的方式获得了高分子量的聚乳酸,并且采用纺丝拉伸二步法进行了聚乳酸的试纺,制得了聚乳酸纤维。
论文探讨了BOZ和TPP扩链的机理,认为BOZ的扩链属于亲核开环加成反应,而TPP的扩链属于酯交换反应。论文还讨论了扩链剂的用量、反应温度、反应时间(螺杆转速)等因素对扩链反应的影响,结果表明:BOZ在温度为210℃,螺杆转速为40~45r/min,用量为0.7wt%时,达到最佳扩链效果;TPP在温度为190℃,螺杆转速为20r/min,用量为1wt%时达到最好的扩链效果。
文章通过现代高分子的测试手段,对扩链聚乳酸(PLLA)的分子结构、热稳定性能、流变性能等进行了研究。结果如下:
凝胶色谱分析(GPC)分析表明,BOZ比TPP的扩链效果好,以其扩链后聚乳酸的数均分子量增加到八万以上,分布系数为1.85。
核磁共振谱(1H-NMR.和13C-NMR)分析得知,扩链后聚乳酸的消旋度比原样有小幅增加,光学纯度相应降低,但丙交酯残留减少。
热失重(TGA)分析表明,BOZ和TPP都能有效提高聚乳酸的热稳定性,但在提高起始分解温度(Tonset)上,TPP比BOZ的效果好,能提高60℃左右;而在提高最大分解速率温度(Tpeak)上,BOZ的提高效果更好。
差示扫描量热分析(DSC)和广角X-射线衍射分析(WAXD)表明,扩链后聚乳酸的结晶性能有所下降,熔点、软化点也相应有所下降。
通过对聚乳酸的流变性能的研究,发现PLLA熔体的表观粘流活化能随剪切速率的增加而减小,且其表观活化能值较高,表明熔体的表观粘度对温度的变化比较敏感,故在纺丝过程中要严格控制温度。
论文还对扩链后的聚乳酸进行了熔融纺丝研究。通过对切片的干燥工艺分析,发现:聚乳酸的含水率随干燥温度的升高和干燥时间的延长而减小,但趋势逐渐缓和;在一定范围内粘均分子量随干燥温度升高有小幅提高,但温度超过某一值后,随着时间的延长,反而有所下降;分子量的分布随温度升高也有所改善。对不同拉伸倍数下的聚乳酸纤维的结构与力学性能的分析表明:在一定的研究范围内,PLLA纤维的取向度和结晶度随拉伸倍数的增加而增加;在力学性能上表现为PLA纤维的纤度变小,断裂强力增加,而断裂伸长率则降低。