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聚合物共混的基础研究始终是高分子材料领域的研究热点,而聚合物共混改性的方法也是高分子材料加工中一项重要的工业技术。出于对环保和资源可循环利用的需要,发展和推广使用生物降解高分子材料成为必然趋势。聚合物的形态结构是决定其性能的最直接的因素,深入研究不同体系组成和加工条件下的形态结构形成规律对于设计具有最佳性能的聚合物共混物具有重要的意义;然而,结晶性聚合物共混物中结晶发生的位置和晶体形态的大多数证据都是由光散射方法和初步的显微学方法得到的,几乎没有从可控的扫描探针显微技术(SPM)或者仔细的透射电子显微技术(TEM)得到任何信息。因此,本论文以原子力显微镜(AFM)为主要表征手段,以具有生物可降解性的脂肪族聚酯共混物为对象,研究了宽广的体系组成和结晶温度对其结晶形貌以及相分离行为的影响。主要开展了以下两个方面的工作:
1.PBS/PEO共混物结晶形貌的研究
当把共混物的熔体冷却结晶时,具有较高熔点的PBS组分总是先结晶,形成共混物的结构框架,随后PEO组分才结晶。由于两组分的熔点不同,可以在AFM上选择性地熔融PEO组分来判断其晶体形貌和相分布。结果发现当PEO组分的含量低于15%时,PEO主要在PBS的片晶之间分布,在非常大的过冷度下PEO才能结晶;当PEO含量较高时,PEO主要在PBS的生长臂之间分布,并且在较小过冷度下就能结晶。此外,在过冷度较大时,PBS的片晶对PEO的结晶成核有诱导作用。
2.PBS/PBA共混物结晶形貌的研究
研究表明,当PBS在高温(100℃)结晶时,由于较大的扩散长度,在所有配比的共混物中PBA组分都主要在PBS的球晶之间分布;与之相反,当PBS在低温结晶时,由于较小的扩散长度PBA组分不能扩散出PBS组分的球晶。
进一步研究发现,充当稀释剂的PBA熔体会影响PBS的形貌,而这又反过来影响PBA组分的相分离行为。在100℃,当PBA含量较低时PBA仅仅在PBS的片晶生长前沿有少量分布而大部分则位于球晶之间;随着PBA含量的增多和对PBS稀释作用的加强,在PBS组分的片晶之间、片晶纤维束之间以及球晶之间均分布着一定量的PBA组分。在75℃结晶时,当PBA含量较低时,PBA组分主要在PBS的片晶之间分布;当PBA的含量增大到50%时,同时发生片晶间和片晶纤维束间相分离;而当PBA含量占优时,PBS只能形成球晶的框架结构,PBA主要在PBS的球晶生长臂之间分布。