原位研究温度变化对PLA冷结晶行为及桑蚕丝结构的影响

摘要

本课题利用原位检测技术分析了非晶聚乳酸(PLA)的等温及非等温冷结晶行为和温度场诱导桑蚕丝的微观结构演化过程。内容概述如下:
　　 第一部分:本文首先分别利用快速增压法(RC)、自然冷却法(NC)和液氮淬冷法(NQ)这三种不同的手段制备了非晶态聚乳酸，然后通过原位检测技术系统的分析了它们在升温和等温过程中的冷结晶行为和结构演化过程，并进一步分析快速增压法这一新型的非晶材料制备手段对聚乳酸局部有序结构的影响。具体结果如下:
　　 (1)利用FTIR、WAXD、DSC及TG等检测手段表征初始样品的结构和热力学性能。检测结果显示，三种初始样品的FTIR和WAXD图均没有明显差别，且都没有出现晶体特征峰，表明初始样品中都没有晶体的存在。此外对三种样品进行热重分析结果显示，三种样品TG曲线非常相近，即热稳定性相近。
　　 (2)利用原位显微红外技术研究了NC和RC样品的等温冷结晶行为，利用DSC研究了NC、NQ和RC样品的非等温冷结晶行为，并采用Avrami方程来描述它们的等温和非等温冷结晶动力学。实验结果显示RC样品在等温和非等温冷结晶过程中都具有较高的结晶速率和较低的冷结晶温度。
　　 (3)利用原位FTIR技术，实时跟踪样品在等温和非等温结晶过程中的结构演化。结果表明三种样品在非等温冷结晶的过程中，其结构有序过程是阶段性的，无定形结构的特征谱带956 cm-1强度最先改变，接着结晶特征谱带922 cm-1强度变强，最后较规整晶体的谱带871 cm-1发生峰位迁移和强度增强。
　　 (4)原位WAXD检测结果表明，三种样品的晶体生长速率和最终的晶粒尺寸相近，但结晶完成后RC样品的结晶度明显高于NC和NQ样品，由此可以推断RC具有较高的成核密度，从而导致了RC样品较高的结晶速率。由实验结果我们推断和NC和NQ样品相比，快压法制备的样品中很可能存在着某些相对完善局部有序结构，使样品在结晶过程中更容易成核，从而提高了样品的结晶能力。
　　 第二部分:在30-300℃温度范围内，利用原位WAXD、FTIR和偏光显微技术原位检测升温过程中脱胶桑蚕丝微观结构和表面形态的变化。研究结果如下:
　　 (1)升温过程中，桑蚕丝晶胞的膨胀系数沿a和b轴表现出明显的各向异性，由于沿a轴方向的氢键作用力明显强于b轴方向的范德华力，使a轴方向晶格膨胀系数远远小于b轴方向;此外，当温度＜180℃时，蚕丝结晶度变化不明显，但温度≥180℃，结晶度开始升高，结合红外数据中可以看出，部分分子链由无规线团构象向β-sheet构象转变;此外整个热处理过程中，晶体的取向度略微增加。
　　 (2)利用原位偏光显微镜观察升温过程中桑蚕丝的表面形态发现，当温度升高到280℃以后，由于碳化蚕丝的表面开始变黑，同时结晶度也开始显著下降。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 引言

1．2 聚乳酸简介

1．2．1 PLA的结晶结构

1．2．2 影响PLA结晶的因素

1．3 桑蚕丝纤维简介

1．3．1 桑蚕丝纤维的结构

1．3．2 桑蚕丝的应用

1．4 原位检测技术

1．5 本课题的研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

2 原位红外、X-ray研究温度场诱导非晶PLA的冷结晶行为

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 样品的制备

2．2．3 样品的检测和表征

2．3 初始PLA样品的结构表征

2．3．1 热力学特性表征

2．3．2 微观结构表征

2．4 温度场诱导非晶PLA的冷结晶行为

2．4．1 等温冷结晶动力学

2．4．2 非等温冷结晶动力学

2．4．3 非等温冷结晶的结构有序过程

2．4．4 局部有序结构对非晶PLA冷结晶的促进作用

2．5 小结

3 原位显微红外、X射线研究升温过程中桑蚕丝结构变化

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及样品制备

3．2．2 材料表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 热处理对丝素纤维晶体结构的影响

3．3．2 热处理对丝素纤维结晶度的影响

3．3．3 热处理对丝素纤维表面形态的影响

3．4 小结

4 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

个人简历

致谢