生物可降解聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的基本性质及其改性的研究

摘要

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]是一种在微生物体内合成的热塑性材料，具有良好的生物降解性和生物相容性，可应用于器官移植、药物释放、食品包装和农用薄膜等领域，但P(3HB-co-4HB)的热稳定性差和结晶速度慢等方面的不足在一定程度上限制了其应用。本论文首次系统地研究了P(3HB-co-4HB)中4HB含量对共聚酯各种基本性质影响，在此基础上，首次以笼型多聚倍半硅氧烷(POSS)为成核剂、与聚乳酸共混及加入生物可降解的增塑剂等方法改性，研究了改性物的热性能，结晶性能及力学性能。同时，本文还探讨了热处理过程中共聚物的分子量的变化，首次考察了热处理后分子量对P(3HB-co-4HB)共聚酯各项性能的影响。
　　 研究表明，P(3HB-co-4HB)中4HB的含量对其基本性能有重要的影响。随着4HB含量的增加，共聚酯的熔融温度，玻璃化温度，储能模量均降低；屈服强度，断裂强度也降低，而屈服应变和断裂伸长率增加；其热稳定性和流动性得到改善。
　　 研究表明，加入增塑剂可有效的改善P(3HB-co-4HB)的加工性能。增塑剂的加入能降低共聚酯的熔点、结晶温度和结晶焓下降。相同含量增塑剂对4HB含量较低的共混体系结晶性能影响较大，而对4HB含量较高的共混体的结晶性能影响较小。
　　 研究表明，笼型倍半硅氧烷(POSS)作为成核剂可有效改善P(3HB-co-4HB)的结晶性能。对苯胺基POSS(OAPS)和异丁基POSS(OIBS)的进一步研究表明，由于与基体的作用不同，OAPS可使结晶峰变尖，球晶细化，在一定程度上提高聚合物的力学性能和热稳定性，改性效果优于OIBS。
　　 研究表明，共聚酯与聚乳酸共混可以提高共聚酯的热稳定性。虽然聚乳酸与P(3HB-co-4HB)的相容性差，导致共混物的机械性能下降，但聚乳酸的加入可以提高共混物的结晶度和共混物的热稳定性。
　　 研究表明，共聚酯的热处理解过程中的分子量的变化符合酯基的自由断裂模型，在适当的热处理时间内，共聚酯分子量的降低，共聚酯具有较好的加工性能，并保持较好的力学性能。

目录

文摘

英文文摘

学位论文数据集

符号说明

第一章 绪论

1.1 PHA的发展历史

1.2 PHA的合成

1.2.1 PHA的生物法合成

1.2.2 PHA的化学合成

1.3 PHA的基本性能

1.3.1 物理性质

1.3.2 机械性能

1.3.3 结晶性能

1.3.4 热性能

1.3.5 生物降解性

1.4 PHA的改性

1.4.1 化学改性

1.4.2 物理改性

1.5 聚羟基烷酸酯的应用

1.5.1 在医药领域的应用

1.5.2 在组织工程领域的应用

1.5.3 理论研究模型材料

1.5.4 可生物降解的热塑性材料

1.5.5 压电制品

1.6 本课题的选题意义及主要内容

1.6.1 选题意义

1.6.2 研究内容

参考文献

第二章 P(3HB-co-4HB)共聚酯的基本性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料与试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 样品制备方法

2.2.4 表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 P(3HB-co-4HB)共聚酯的分子量及其组成的确定

2.3.2 P(3HB-co-4HB)共聚酯的密度、腐蚀度

2.3.3 P(3HB-co-4HB)共聚酯的热性能

2.3.4 P(3HB-co-4HB)维卡软化点测试

2.3.5 P(3HB-co-4HB)熔融指数

2.3.6 P(3HB-co-4HB)共聚酯的结晶结构

2.3.7 P(3HB-co-4HB)共聚酯的X射线衍射分析

2.3.8 P(3HB-co-4HB)共聚酯的力学性能

2.4 小结

参考文献

第三章 P(3HB-co-4HB)共聚酯的增塑改性的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 样品的制备

3.2.3 测试方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 增塑剂对4HB-10热性能和力学性能的影响

3.3.2 增塑剂对P(3HB-co-4HB)共聚酯力学性能的影响

3.3.3 TEC的用量对P(3HB-co-4HB)性能的影响

3.3.4 P(3HB-co-4HB)/20wt%TEC共混物的性能的研究

3.4 小结

参考文献

第四章 P(3HB-co-10mol%4HB)共聚酯成核改性的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 样品制备方法

4.2.3 测试与表征方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 成核剂对4HB-10热性能的影响

4.3.2 成核剂对4HB-10力学性能的影响

4.3.3 八聚（氨基苯基）硅倍半氧烷(OAPS)/4HB-10共混物的性能分析

4.3.4 八异丁基倍半硅氧烷(OIBS)与4HB-10共混体系的性能分析

4.3.5 OAPS与OIBS成核效果不同的讨论

4.4 小结

参考文献

第五章 P(3HB-co-4HB)共聚酯与聚乳酸共混改性研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料

5.2.2 样品制备及表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 4HB-21与PLA的共混体系

5.3.2 4HB-10与PLA的共混体系

5.4 小结

参考文献

第六章 P(3HB-co-4HB)共聚酯热处理后性能的研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 主要原料

6.2.2 样品制备

6.2.3 表征与测试

6.3 结果与讨论

6.3.1 热处理过程中共聚酯的分子量变化

6.3.2 热处理对共聚酯溶解性能的影响

6.3.3 不同分子量共聚酯的DSC分析

6.3.4 不同分子量共聚酯的WAXD分析

6.3.5 分子量对共聚酯力学性能的影响

6.3.6 不同分子量的共聚酯的熔融指数

6.4 小结

参考文献

第七章 结论

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书