奇数-奇数脂肪族聚酯嵌段聚乳酸的研究

摘要

脂肪族聚酯来源于可再生的植物资源，具有良好的生物相容性以及生物降解性。聚乳酸(PLLA)作为一种应用广泛的脂肪族聚酯，强度和模量极高，然而韧性差，断裂伸长率不超过10%，这限制了PLLA的加工应用。研究表明PLLA通过与非晶态聚合物共聚可以显著提高PLLA的韧性。奇数-奇数聚酯是一种结晶性差，玻璃化转变温度(Tg)低的脂肪族聚酯。因此，推断PLLA与奇数-奇数聚酯共聚合成的全生物基的共聚物不但具有良好的生物相容性和生物降解性，还能显著提高PLLA的韧性。 论文首先合成了一系列奇数-奇数脂肪族聚酯，并研究了其化学结构对热力学性质的影响。通过核磁氢谱(1H NMR)确定了聚酯结构。非等温差示扫描量热法(DSC)研究表明，在10℃/min的结晶和升温速率下，含侧甲基的聚酯表现为非晶态，而直链聚酯除聚(戊二酸丙二醇酯)(PPG)外，均具有相对良好的结晶性，并且，随着链长的增加，聚酯的结晶性增加。此外，对聚酯的Tg进行了分析，结果表明，单体的链长，空间效应，对称性等因素均会对聚合物链的柔顺性产生影响，进而影响Tg值。另外，对丙二醇与三种不同链长的二酸合成的聚酯：PPG，聚(庚二酸丙二醇酯)(PPP)和聚(壬二酸丙二醇酯)(PPA)等温结晶后的多重熔融行为进行了对比研究，对其机理进行了证明。并且，Avrami模型成功应用于PPP和PPA的等温结晶动力学。最后，对直链聚酯进行了偏光(POM)测试，研究了其球晶形态随链长的变化趋势。Lauritzen-Hoffman模型成功应用于PPG、PPP和PPA的球晶生长动力学。 通过筛选，以聚(戊二酸丙二醇酯)(PPG)和聚(庚二酸戊二醇酯)(PPeP)作为大分子引发剂引发L-丙交酯开环聚合合成两组PLLA三嵌段共聚物。研究了结晶性不同的中间段对共聚物的热力学性质以及拉伸性能的影响。DSC结果表明两种奇数聚酯均提高了PLLA的结晶能力，PPG由于结晶性较差在共聚物中不结晶，而PPeP在其三嵌段共聚物中与PLLA结晶存在着竞争关系。在温度130℃时进行POM测试，图案显示了PLLA链段的球晶形貌。当两端PLLA链段长度增加时，共聚物PLLA-b-PPeP-b-PLLA球晶图案出现缺陷，说明PLLA链段的结晶能力下降，这与DSC所测结果一致。另外，通过热失重分析（TGA）研究了中间段对共聚物热稳定的影响，结果表明奇数聚酯的嵌段均显著提高了三嵌段共聚物的热稳定性，并且PPeP的提高效果显著。最后，通过对两组三嵌段共聚物进行拉伸测试，结果表明两种结晶性不同的奇数-奇数聚酯均显著提高了PLLA的韧性，差异不大，断裂伸长率最高可达676%，达到了增韧聚乳酸的目的。

目录

引言

1 文献综述

1.1 脂肪族聚酯的研究概况

1.1.1 脂肪族聚酯的性质

1.1.2 单体奇偶性对脂肪族聚酯性质的影响

1.2 聚乳酸(PLA)增韧改性的研究概况

1.2.1 PLA概述

1.2.2 PLA共混改性

1.2.3 PLA嵌段共聚改性

1.3 选题意义及研究内容

2 奇数-奇数脂肪族聚酯的合成与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要原料

2.2.2 合成方法

2.2.3 分析表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 聚酯的结构表征

2.3.2 聚酯的基本热力学性质

2.3.3 聚酯的多重熔融现象

2.3.4 聚酯的等温结晶动力学

2.3.5 聚酯的球晶形态与Lauritzen-Hoffman方程分析

2.4 本章小结

3 聚乳酸-奇数脂肪族聚酯-聚乳酸的合成与表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要原料

3.2.2 合成方法

3.2.3 分析表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 PLLA三嵌段共聚物的合成与表征

3.3.2 PLLA三嵌段共聚物的热性能

3.3.3 PLLA三嵌段共聚物的拉伸性能

3.4 本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢