PLA/P3/4HB共混纤维的制备、表征及生物降解性能研究

摘要

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物发酵、可降解的高分子聚酯,具有优异的生物相容性和生物可降解性,近几年引起了国内外众多科研工作者的极大关注。作为PHA家族一员,聚(3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸共聚酯)(P3/4HB)受4HB含量增加的影响,由结晶性的硬塑料(e.g.,5％4HB含量)向富有弹性的橡胶态(e.g.,30%4HB含量)过渡。P(3HB-co-20%4HB)结晶速度慢、容易粘连,严重影响到成纤的加工。本课题运用共混改性和熔融纺丝、水浴等温结晶、拉伸取向、退火等工艺制备了不同质量比的PLA/P(3HB-co-20%-4HB)(80/20、70/30、60/40、50/50、40/60、30/70、20/80)共混纤维,并研究了其体外降解行为。
　　利用电子万能拉力试验机,研究了P3/4HB纤维制备过程中各工艺参数与纤维拉伸强度的关系以及在体外降解过程中纤维的机械强度保持情况。利用示差扫描量热仪DSC和X射线衍射(XRD)研究了纤维结晶性能的变化;利用热失重仪(TGA)研究了纤维的热稳定;利用电子扫描电镜SEM观测纤维的表面形态及粗糙度的变化。
　　DSC和SEM研究结果表明尽管PLA/P3/4HB混合纤维是不相容的,但是显示出分子上的交联。我们发现P3/4HB的加入改变了PLA的力学性能,共混纤维模量随着PLA组分在混合比例中含量的增大而增大;非等温结晶研究结果显示,PLA的加入提高了结晶度,但是PLA40的结晶度和力学强度数据变化趋势保持一致。等温结晶研究显示随着PLA加入,半结晶时间变小。同时,XRD衍射峰随着PLA组分含量的增多而增强,P3/4HB的加入对PLA晶体结构有一定影响,但不影响PLA的结晶形态。缩水率数据表明,随着PLA含量增高,缩水率下降,同时缩水率对温度表现出更加的敏感度。
　　能适合制备手术缝合线和其他医学材料应用材料的是PLA/P(3HB-co-20%-4HB)(40:60),因为PLA/P(3HB-co-20%-4HB)(40:60)混合纤维有相对比其他混合纤维良好的力学和热学性能。
　　体外降解实验研究结果表明:降解4周后,PLA/P3/4HB混合纤维断裂强度逐渐降低,伴随着质量的下降。同时,P3/4HB含量的增高加快了PLA/P3/4HB混合纤维的降解速度,体外降解12周后,PLA20混合纤维保留了初始强度的66.00%,质量保持率为60%左右。PLA40混合纤维结晶度从42.25%,到6周逐渐增加到56%,然后逐渐降低到35.59%,与PLA40体外降解强度保持率保持一致。降解速度的大小排列是PLA20>PLA30>PLA40>PLA50>PLA60>PLA70>PLA80。

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第一章 绪论

1.1 生物可降解高分子材料概况

1.2 PHA类生物可降解高分子材料

1.3 聚乳酸（PLA）生物可降解高分子材料

1.4 本课题意义和创新点

第二章 材料及实验方法

2.1 引言

2.2 共混纤维制备的材料与工艺方法

2.3 工艺参数对共混纤维性能影响

2.4 本章小结

2.5 纺丝成形工艺路线设计

第三章 PLA/P (3HB-co-20%4HB) 共混纤维组分优化及性能研究

3.1 PLA/P3/4HB共混纤维纺制与代号

3.2 共混纤维性能测定

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 室温二次拉伸对PLA/P3/4HB共混纤维热学和力学性能影响

4.1 PLA/P3/4HB共混纤维制备

4.2 共混纤维性能测定

4.3 结果与讨论

4.3 本章小结：

第五章 PLA/P3/4HB共混纤维降解行为研究

5.1 实验

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 结束语

参考文献

附录

致谢