聚乳酸超薄膜结晶行为的掠角反射红外光谱研究

摘要

本文以掠角反射红外光谱(RAIR)、配合掠入射X射线衍射(GIXRD)和差示扫描量热法(DSC)作为聚合物结构表征的主要手段，对不同厚度聚乳酸(PLLA)超薄膜的结晶行为、片晶取向、影响结晶的因素和相转变行为进行了详细的研究，同时，我们还研究了聚乳酸立构复合体本体和超薄膜结晶及相转变的差异。
　　通过对PLLA/CHCL3溶液浓度的控制，制备了不同厚度的PLLA超薄膜，并采集了一系列PLLA超薄膜样品的掠角反射红外光谱数据和掠入射X射线衍射数据。首先我们分析了PLLA超薄膜中的晶体结构，发现在冷结晶过程中α'和α晶型是同时存在的;其次我们分析了在升温冷结晶和降温熔融结晶的过程中，PLLA超薄膜中分子链的取向行为，结果表明这两个结晶过程所导致的薄膜晶体中10/7螺旋链在金片基底上取向有明显的不同（即片晶的不同取向:冷结晶片晶采取edge-on的取向，熔融结晶片晶采取flat-on的取向）。该研究表明，PLLA超薄膜的不同片晶取向可由结晶温度和薄膜厚度等因素来进行调控。
　　利用变温掠角反射红外光谱技术我们研究了不同厚度PLLA超薄膜的相转变行为，发现PLLA超薄膜的玻璃化转变温度(Tg)等对PLLA超薄膜的厚度有着明显的依赖性，即随着PLLA超薄膜厚度的降低，玻璃化转变温度(Tg)等呈现逐渐升高的趋势。我们认为产生该现象的原因主要是PLLA聚合物/基底间界面层中分子链的运动受到强烈的抑制，导致PLLA超薄膜的玻璃化转变温度(Tg)等的升高。
　　我们还研究了聚乳酸立构复合体超薄膜非等温结晶过程中结晶和相变行为与其本体的差异。研究发现聚乳酸立构复合体本体在冷结晶和熔融结晶过程中，α、α'和βc三种晶型同时存在，而聚乳酸立构复合体超薄膜在冷结晶和熔融结晶过程中，只有βc晶型的存在。与聚乳酸薄膜均晶取向行为类似，聚乳酸立构复合体超薄膜在冷结晶过程中，片晶采取edge-on的取向，在熔融结晶的过程中，片晶采取flat-on的取向。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚乳酸的概述

1．2．1 聚乳酸的制备

1．2．2 聚乳酸的基本性质

1．3 聚乳酸立构复合体概述

1．3．1 聚乳酸立构复合体的制备

1．3．2 聚乳酸立构复合体的基本性质

1．4 均聚物纳米空间受限结晶

1．4．1 聚合物受限结晶的研究进展

1．4．2 影响聚合物受限结晶的因素

1．4．4 聚合物受限结晶机理的研究进展

1．5 聚乳酸(PLLA)超薄膜受限结晶的研究进展

1．6 聚乳酸立构复合体超薄膜受限结晶的研究进展

1．7 选题的目的及意义

1．8 实验思路

第二章 不同厚度PLLA超薄膜受限结晶掠角反射红外研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与设备

2．2．2 掠角反射红外光谱(RAIR)测试

2．2．3 GIXRD测试

2．2．4 薄膜厚度测试

2．2．5 试样制备

2．2．6 试样测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 PLLA超薄膜厚度与峰强度的关系

2．3．2 不同厚度PLLA超薄膜非等温结晶红外光谱分析

2．3．3 不同厚度PLLA超薄膜结晶后的GIXRD分析

2．3．4 片晶取向机理的推测

2．3．5 影响片晶取向的因素

2．3．6 冷结晶中片晶取向转变的研究

2．4 小结

第三章 不同厚度PLLA超薄膜相转变的掠角反射红外研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与设备

3．2．2 掠角反射红外光谱(RAIR)测试

3．2．3 DSC测试

3．2．4 薄膜厚度测试

3．2．5 试样制备

3．2．6 试样测试

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 PLLA本体和超薄膜相变行为的研究

3．3．2 非晶峰1268cm-1的强度随温度的变化及其一阶导数

3．3．3 PLLA超薄膜的Tg、Tm、Tc、Tmc等与薄膜厚度的关系

3．3．4 发生该种变化的原因解释

3．4 小结

第四章 聚乳酸立构复合体超薄膜结晶的掠角反射红外光谱研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与设备

4．2．2 掠角反射红外光谱(RAIR)测试

4．2．3 GIXRD测试

4．2．4 DSC测试

4．2．5 试样制备

4．2．6 试样测试

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 聚乳酸立构复合体本体结晶的DSC研究

4．3．2 聚乳酸立构复合体超薄膜结晶的RAIR研究

4．3．3 聚乳酸立构复合体超薄的GIXRD研究

4．3．4 聚乳酸立构复合体本体和超薄膜结晶的差异及分析

4．3．5 聚乳酸立构复合体超薄膜相变的研究

4．6 小结

全文总结

参考文献

致谢

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