聚乳酸/八乙烯基笼型倍半硅氧烷纳米复合材料的形态、结晶行为和性能研究

摘要

本论文以生物降解高分子左旋聚乳酸(PLLA)为聚合物基体，采用溶液复合法制备了低含量八乙烯基笼型倍半硅氧烷(ovi-POSS)的纳米复合材料，并采用多种手段对ovi-POSS在PLLA基体中的形态以及其对PLLA基体的结晶动力学、球晶形态、晶体结构，多晶型行为、多重熔融行为、动态力学性能以及热稳定性的影响规律进行了详细研究。主要研究成果如下:
　　 首先，对于纯PLLA及PLLA/ovi-POSS纳米复合材料的非等温和等温熔体结晶过程进行了详细研究，发现ovi-POSS促进了纳米复合材料中PLLA的非等温熔体结晶过程，并且其熔体结晶温度随ovi-POSS的含量增加而提高。在等温熔体结晶过程中，ovi-POSS并未改变PLLA基体的结晶机理和晶体结构，但提高了复合材料中PLLA的结晶速率。
　　 其次，对于纯PLLA及其纳米复合材料的非等温和等温冷结晶动力学进行了详细的研究，发现提高升温速率和ovi-POSS的含量都可促进PLLA的非等温冷结晶过程。同纯PLLA相比，随着ovi-POSS含量的提高，纳米复合材料的非等温冷结晶活化能也相应提高。对于等温冷结晶过程，纯PLLA及其纳米复合材料等温冷结晶总速率随着结晶温度的提高而变快。此外，在复合材料中的PLLA的结晶总速率都高于纯PLLA，并且随着ovi-POSS含量的增加而提高，表明ovi-POSS对PLLA的结晶过程起到了成核促进的作用。但ovi-POSS同样也没有改变PLLA的等温冷结晶机理和此过程中产生的PLLA晶体结构。
　　 最后，对于纯PLLA及其纳米复合材料在80-130℃范围内的等温熔体结晶过程中的多晶型行为及其相应的多重熔融行为进行了详细的研究。研究结果发现，PLLA及其纳米复合材料的半结晶时间在Tc=100-110℃之间发生不连续，并且其晶面参数在100-110℃范围内也发生突变，表明在该温度区间内PLLA晶体结构发生转变。而进一步研究确定，对于PLLA及其纳米复合材料，α晶型在Tc高于110℃时产生，而α’晶型在Tc小于100℃时产生。在熔融行为研究中发现，α'晶型向α晶型的多晶型相转变发生在主熔融峰之前，随着Tc的升高，熔融行为转变成为正常的熔融重结晶机理。研究结果揭示，PLLA及其纳米复合材料的多晶型行为主要取决于结晶温度（Tc），而基本不受ovi-POSS的影响。此外，与纯PLLA相比，ovi-POSS提高了PLLA基体的储能模量，但是略微降低了其热稳定性。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 笼型倍半硅氧烷(POSS)

1．1．1 POSS的结构与性能

1．1．2 聚合物／POSS复合材料

1．2 聚乳酸(PLA)

1．2．1 聚乳酸的基本性能

1．2．2 PLLA的结晶行为

1．2．3 PLLA的改性

1．3 本论文研究目的

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 纳米复合材料的制备

2．3 测试仪器及方法

2．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．2 差示扫描量热仪(OSC)

2．3．3 偏光显微镜测试(POM)

2．3．4 广角X射线衍射测试(WAXD)

2．3．5 动态力学分析测试(DMA)

2．3．6 热失重(TGA)

第三章 结果与讨论

3．1 ovi-POSS在PLLA基体中的分散

3．2 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料结晶行为的研究

3．2．1 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料非等温熔体结晶行为的研究

3．2．2 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料等温熔体结晶行为的研究

3．2．3 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料非等温冷结晶行为的研究

3．2．4 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料等温冷结晶行为的研究

3．3 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料晶体结构的研究

3．4 PLLA和PLLA／ovi-POSS纳米复合材料的多晶型及熔融行为研究

3．4．1 纯PLLA和POSS-3等温熔体结晶动力学

3．4．2 纯PLLA和POSS-3的多晶型行为结构研究

3．4．3 纯PLLA和POSS-3的多重熔融行为的研究

3．5 PLLA／ovi-POSS纳米复合材料的动态力学研究

3．6 PLLA／ovi-PoSS纳米复合材料的热稳定性研究

第四章 总结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

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