【摘 要】
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以石油为原料生产的材料因其价格低廉,性能优异而被广泛应用在日用品上。但是因不可再生的石油的快速消耗,储存的资源渐渐枯竭,而且废弃材料造成的“白色污染”也给各个国家带来了挑战,可降解材料的开发和研究已经迫在眉睫。聚乳酸(PLA)是研究最多的生物可降解材料之一,其具有降解无污染、生物相容性好和易加工等优点。然而PLA的机械性能较差,结晶速率慢,这对它的发展和应用有着极大的限制。多年来,已经有许多研究对
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以石油为原料生产的材料因其价格低廉,性能优异而被广泛应用在日用品上。但是因不可再生的石油的快速消耗,储存的资源渐渐枯竭,而且废弃材料造成的“白色污染”也给各个国家带来了挑战,可降解材料的开发和研究已经迫在眉睫。聚乳酸(PLA)是研究最多的生物可降解材料之一,其具有降解无污染、生物相容性好和易加工等优点。然而PLA的机械性能较差,结晶速率慢,这对它的发展和应用有着极大的限制。多年来,已经有许多研究对PLA进行改性,如共混改性、共聚改性、添加助剂等,更有研究表明手性不同的左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)共混形成的PLA立构复合物展现出复杂的立体络合结构,这种结构不仅能提高PLA的熔点(Tm)还能增大其断裂伸长率。但是目前在PLA立构复合物中再添加改性剂的研究并不多,改性剂对其结晶性能、热性能和力学性能等方面的影响有待探索。本文以聚乙二醇(PEG)为改性剂,通过开环聚合将PEG和D-乳酸合成分别得到了含不同分子量PEG嵌段和不同嵌段比的PDLA-PEG-PDLA的三嵌段共聚物,再将嵌段共聚物与PLLA进行共混,制备了含有PEG嵌段的PLA立构复合物,并采用了傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振图谱(NMR)、X-射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、结晶动力学、热重分析(TGA)及力学性能等方法,研究了D-乳酸嵌段共聚物对立构复合物结构和性能产生的影响。主要研究结果如下:(1)PEG和D-乳酸经过聚合后,FTIR图谱中同时出现了PEG和PDLA的特征吸收峰,NMR图谱中也有PDLA和PEG单元的1H和13C信号,说明了嵌段共聚物合成成功。通过POM观察发现当PEG分子量为6000,嵌段比为2/1时,嵌段共聚物在相同时间内的晶粒尺寸和晶粒密度较大。另外,XRD的结果显示PEG和PDLA呈现各自的衍射峰,表现出微相分离的状态。(2)通过溶液法得到了含不同分子量PEG嵌段的PLA立构复合物,PEG的引入有效的促进了PLA立构复合物的结晶,尤其是当PEG分子量为6000时,PLA立构复合物中的立构晶含量最高,晶粒尺寸较大,晶体排列集中。此外,PLA立构复合物的玻璃化转变温度(Tg)明显降低,由65.81 oC降低到51.07 oC,说明立构复合物分子链的灵活性增大,这归因于柔性分子PEG的加入。而且立构晶的Tm为200 oC左右,比均相晶的提高了50 oC。(3)嵌段比不同的嵌段共聚物与PLLA共混后,POM结果表明,嵌段比为1/1时,由于PEG含量过高,PLA立构复合物中没有形成立构晶,随着PEG含量降低,D-乳酸的含量升高,尤其是嵌段比为2/1时,立构晶晶粒密度明显增加。进一步通过非等温结晶动力学分析得到,加入PEG之后,PLA复合物半结晶时间(t1/2)在不同升温速率下有了不同程度的缩短,比如升温速率为5 oC/min,t1/2由3.57 min缩短到3.18 min,说明PEG在PLA立构复合物结晶过程中起到了很好的诱导结晶的作用。当嵌段比不变时,升温速率从5 oC/min增大到30 oC/min,立构晶的结晶速率常数从0.60增大到1.02,均相晶的从0.40增大到0.98,反映出升温速率越大结晶越快,而且立构晶比均相晶结晶要快。
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