聚乳酸膜拉伸和部分成核剂诱导结晶研究

摘要

近年来，随着化石能源的枯竭，工业有毒有害气体的大量排放及不可降解材料的过量使用，严重破坏了地球环境，世界各地的研究者都在寻求新的可降解材料来应对资源与环境危机。聚乳酸制品，绿色环保，更重要的是，当失去利用价值时可被微生物降解，具有优异的生物可降解性、生物相容性及良好的可塑性，是目前最有前途的聚合物材料。然而，常态下的聚乳酸产品质硬且脆，抗冲击性很差，大大制约了其应用范围。而聚合物的结晶可以很好的提高聚合物的机械性能，同时使聚合物的热稳定性、光学性能、透气性及耐热性等都有所改善。此外，拉伸和添加成核剂诱导操作简单，耗能低，方便可行，拥有十分良好的可操作性。因此聚乳酸膜拉伸和成核剂诱导结晶研究具有重要理论意义和潜在巨大的经济价值。
　　本论文以外消旋型聚乳酸(D，L-PLA)为原料，以二氯甲烷为溶剂，采用流延法制膜，在动态力学分析仪(DMA)上进行拉伸处理或加入微量的不同的成核剂，诱导其结晶，利用偏光显微镜(POM)、傅里叶红外光谱仪(ATR-FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)等手段表征其结晶形态、结晶度及晶型的变化。在微观状态上，从聚合物中间相的角度解释了外消旋型聚乳酸结晶度及结晶行为变化的原因。
　　研究结果表明，外消旋型聚乳酸薄膜经拉伸处理或加入微量成核剂，由无定型变为半结晶型，其结晶度及凝聚态结构均发生了改变。外消旋型聚乳酸的结晶度及结晶结构不仅与拉伸应变有关，而且与温度、成核剂等也有关。拉伸应变使得聚乳酸分子链取向运动，使聚乳酸的中间相结构发生改变，使其转变为晶相，从而使得聚乳酸膜的结晶度得到提高;温度影响聚乳酸分子链的运动能力，温度越高，分子链的运动能力越强，使聚乳酸中间相融合成晶块;成核剂能改变无定型聚乳酸分子的结晶行为，诱导其结晶，从而提高其结晶度。在拉伸应变、温度、成核剂等影响外消旋聚乳酸膜结晶度及结晶行为的因素中，温度的影响是最明显的。POM表明控制其他条件不变，在玻璃化转变温度与熔融温度范围内，随温度的升高，外消旋型聚乳酸薄膜的结晶程度变化十分急剧，结晶度从7.41％提高至40.96％。DSC测试表明拉伸应变诱导取向能有效的增加聚乳酸膜的结晶度，当温度为90℃，在0％-31.16％的应变力范围内，结晶度随应变力的升高从12.10％提高至33.18％。XRD测试表明成核剂的添加能显著提高聚乳酸膜的结晶度，并改善其结晶行为，诱导其结晶晶型为α型。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 引言

1．2 结晶理论的依据

1．2．1 结晶模型

1．2．2 Tumbull和Fisher的小分子经典成核理论

1．2．3 Laurizen-Hoffman结晶理论

1．3 聚合物结晶研究

1．3．1 拉伸诱导结晶研究

1．3．2 生物可降解材料—聚乳酸

1．3．3 影响聚乳酸结晶的因素

1．4 成核剂对聚合物结晶的影响

1．4．1 成核剂

1．4．2 聚己内酯和聚三亚甲基碳酸酯

1．5 表征手段

1．6 研究内容及意义

2 聚乳酸膜拉伸诱导结晶研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料

2．2．2 样品制备

2．2．3 性能测试与结构表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 POM谱图分析

2．3．2 IR谱图分析

2．3．3 DMA图谱分析

2．3．4 DSC分析

2．4 本章小结

3 聚乳酸聚己内酯共混膜结晶行为研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 混合膜的结构与性能表征

3．2．3 混合膜的制备

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 IR谱图分析

3．3．2 DSC图谱分析

3．3．3 X射线衍射图谱分析

3．4 本章小结

4 聚乳酸聚三亚甲基碳酸酯共混膜结晶行为研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料

4．2．2 混合膜的结构表征

4．2．3 共混膜的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 IR谱图分析

4．3．2 DSC图谱分析

4．3．3 X射线衍射图谱分析

4．3．4 SEM图谱分析

4．4 本章小结

5 研究技术路线

6 本论文的创新点与展望

致谢

参考文献

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