聚丁二酸丁二酯/聚乳酸共混材料的结构与性能

摘要

作为一类重要的新型高分子材料，热塑性的生物可降解脂肪族聚酯已成为当今材料科学的研究热点。聚丁二酸丁二酯(PBS)具有良好的韧性、较高的变形温度和较慢的降解速率，但强度较差;而聚乳酸(PLA)虽然具有较高的强度和较快的降解速率，但韧性较差且热变形温度不高。因此将它们熔融共混是获得综合性能较为优异的生物可降解材料的简单易行的方法。然而两组分间的热力学不相容会导致获得的共混材料呈现大尺度的宏观相分离结构且界面粘结较差，这制约了基体组分性能的互补。只有明确影响该类共混体系不相容相形态形成和演化的因素，建立结构与性能间的关系，才能合理设计工艺并最终制备出综合性能优异的生物可降解材料。
　　 因此，本文采用熔融共混的方法制备了聚丁二酸丁二酯/聚乳酸(PBS/PLA)共混材料以用于不相容生物可降解高分子共混物结构与性能的研究。首先通过形貌表征和结构流变学的方法研究了共混体系的不相容相结构和粘弹行为，重点考查了组分比、粘度比和加工温度对体系相形态形成和演化的影响，建立了不相容的相形态与其结构流变学的关系;进而采用不同方法测定了PBS/PLA体系的界面张力，从而进一步明确了界面张力对体系不相容相形态的影响;在此基础上采用反应型增容剂过氧化二异丙苯(DCP)对PBS/PLA共混体系进行了增容，并考察了增容前后体系的相形态与性能的关系，目的在于为制备高性能的PBS/PLA生物可降解高分子共混材料铺垫理论和实验的基础。得到的结果如下:
　　 (1)PBS/PLA为典型的热力学不相容体系，其相形态强烈依赖于两组分的组成比和粘度比。随着PBS浓度的增加体系依次表现为球形液滴分散、椭球和纤维状分散以及双连续相形态直至相反转;在组成比和粘度比均接近于1时，体系表现出更为明显的双连续相结构。不同相形态的PBS/PLA共混物会表现出不同的流变特性，其中双连续形态的PBS/PLA共混物由于组份间形成的弹性网络可贡献额外的弹性能，因而体系在低频区下有着比“分散-连续”相形态的体系更高的弹性模量;此外，双连续相结构的松弛过程具有强烈的温度依赖性，因此时温等效原理TTS不适用于描述该形态下共混物的粘弹响应;
　　 (2)采用接触角测量法可以很好的获得PBS和PLA两组分室温下的界面张力，但由于该方法不能测定高温下两组分的表面能数据，因而仅利用温度系数推算得到的高温下的界面张力值并不一定准确;动态嵌入纤维回缩法由于充分考虑了两组分的粘弹性质和对温度的依赖性，因而该方法得到的界面张力值较为可信。此外，采用流变学的方法，利用Palierne和G-M乳液模型也能获得PBS/PLA体系高温下的界面张力，但得到的界面张力值具有组分比和相形态的依赖性;
　　 (3)当采用DCP反应增容PBS/PLA共混材料后，PBS分散相液滴相畴明显减小，界面粘结得以增强，相形态显著改善;尽管两组分自身以及彼此间会发生轻度的交联和接枝反应，但该反应并不会破坏PBS和PLA本身的大分子链结构;与未增容的体系相比，界面张力的减小和界面层的增厚导致增容体系抗冲强度和拉伸强度全面提升;此外，DCP的加入还强烈影响共混体系的热行为:随着DCP含量的增加，PBS和PLA两者的玻璃化转变温度彼此靠近，但结晶能力却都有所下降。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 聚丁二酸丁二酯共混材料

1．1．1 聚丁二酸丁二酯的简介

1．1．2 聚丁二酸丁二酯的共混改性

1．2 聚乳酸的共混改性

1．2．1 聚乳酸简介

1．2．2 聚乳酸的共混改性

1．3 不相容聚合物共混物的相形态

1．3．1 相形态的基本类型

1．3．2 相形态的演化过程

1．3．3 相形态演化的影响因素

1．4 二元不相容聚合物共混物的界面性质

1．4．1 相界面和界面张力

1．4．2 聚合物共混物界面张力的测定

1．4．3 不相容聚合物共混物的增容

1．5 本论文的选题意义、研究内容和创新点

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 创新点

1．6 参考文献

第二章 PBS／PLA共混物的相形态和流变行为

2．1 引言

2．2 实验原料和方法

2．2．1 实验原料及试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 共混物的制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 PBS／PLA2．5共混物的相行为

2．3．2 PBS／PLA2．5共混物的流变性能

2．3．3 加工温度对共混体系相形态和流变行为的影响

2．3．4 粘度比对共混体系相形态和流变行为的影响

2．3．5 PBS／PLAλ共混物相反转点的确定

2．4 小结

2．5 参考文献

第三章 PBS／PLA共混体系界面张力的测定

3．1 前言

3．2 实验原料和方法

3．2．1 实验原料及试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 样品的制备

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 通过表面接触角计算界面张力

3．3．2 嵌入纤维回缩法测定界面张力

3．3．3 流变法测定界面张力

3．3．4 不同界面张力测定方法的对比

3．4 小结

3．5 参考文献

第四章 过氧化二异丙苯增容PBS／PLA共混材料

4．1 引言

4．2 实验原料和方法

4．2．1 实验原料及试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 PBS／PLA／DCPs共混物的制备

4．2．4 性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 PBS／PLA／DCPs共混体系中的化学反应

4．3．2 PBS／PLA／DCPs共混体系的相形态

4．3．3 PBS／PLA／DCPs共混材料的力学性能

4．3．4 PBS/PLA／DCPs共混材料的结晶行为

4．4 小结

4．5 参考文献

第五章 结论

致谢

攻读学位期间发表的学术和会议论文

声明