取向聚乙烯诱导的左旋聚乳酸及其聚己内酯嵌段共聚物和共混物的附生结晶研究
材料的结构决定了材料的性能，材料的性能又影响了材料的用途，因此，对材料的结构进行调控一直是材料界的研究热点。其中，附生结晶是调控材料结构的重要手段之一，能够控制材料的晶型和取向结构。因此，通过附生结晶控制结构从而调控材料的性能备受关注，得到了广泛研究。 本论文以生物可降解聚酯左旋聚乳酸(PLLA)、左旋聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物(PLLA-b-PCL)及其共混物为研究对象，系统研究了其在取向聚乙烯(PE)薄膜基底上的结晶行为，探讨了PLLA自身化学结构、PLLA-b-PCL嵌段共聚、以及PLLA-b-PCL/PLLA共混等对PLLA在取向PE基底上附生结晶行为的影响。实验结果表明，PE基底可以诱导PLLA附生结晶，生成两组不同取向的侧立(Edge-on)片晶。其中一组片晶中的PLLA分子链与PE分子链方向垂直取向，即PLLA片晶平行于PE分子链方向（简称平行片晶），另一组PLLA片晶与PE分子链约呈64°夹角（简称倾斜片晶）。由于PLLA在取向聚丙烯基底上也可以观察到同样的取向结构，这种特殊的取向行为难以用晶格匹配加以解释，因此我们从取向PE基底诱导PLLA拟态附生结晶形成平行片晶和拟态附生结晶产生的PLLA平行晶体诱导玻璃态PLLA均相附生结晶形成倾斜片晶的角度进行了解释，并通过附生接触面内和自由表面处PLLA片晶的不同取向行为验证了这种解释。 文中进一步研究了PLLA自身化学结构和结晶温度对PLLA在取向PE基底上附生结晶时的影响，结果发现，PLLA的均相附生结晶受等规度和冷结晶温度的影响，PLLA的均相附生结晶能力随等规度和冷结晶温度的降低而降低。差式扫描量热仪(DSC)的结果表明:在低温冷结晶时，PLLA的半结晶时间比PLLA/PE的长很多，此时有利于PLLA的异相附生结晶，可以生成更多的平行片晶;在高温冷结晶时，PLLA与PLLA/PE的半结晶时间的差距缩短，因此异相附生后，均相附生随即发生，生成的倾斜片晶的数量比低温时多。在同样的冷结晶温度下，PLLA倾斜方向片晶的出现频率随着PLLA等规度的降低而降低。DSC、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)的实验结果证明，高等规度PLLA的均相附生能力强，而且均相附生结晶开始的时间与异相附生结晶接近，因此附生时会形成明显的交叉片晶结构。而低等规度PLLA的均相附生能力差，异相附生结晶开始很久后，均相附生才开始发生，因此主要形成edge-on的平行片晶结构。 基于PCL/PE的平行链附生结晶行为，文中设计合成了不同分子量的PLLA-b-PCL嵌段共聚物，考察PLLA链、PCL链通过化学键相互牵制受限时，在PE基底上的附生结晶情况，并分析了PLLA、PCL链的长度对其在取向PE基底上附生结晶的影响。研究发现，不同分子量的PLLA-b-PCL嵌段共聚物在PE基底上结晶时，PCL组分的附生结晶效果都较好，而PLLA组分的附生效果较差，但随着PLLA的分子量的增大，嵌段共聚物中PLLA组分的附生结晶效果有所改善。这主要是因为在附生结晶过程中，PLLA组分是冷结晶，且PLLA与PCL通过化学键连接，PLLA组分的运动能力会受到PCL组分的抑制，导致其附生效果差。但是随着PLLA分子量的提高，PLLA链长度增加，受到PCL链的影响变小，所以其附生结晶能力随着PLLA分子量的提高而提高。而本来柔性就高的PCL组分是从熔体降温结晶的，分子链的运动能力强，受到PLLA链的影响小，其附生结晶效果较好。 通过将PLLA-b-PCL与PLLA共混，探讨了PLLA-b-PCL对PLLA在取向PE基底上附生结晶行为的影响。研究发现，PLLA-b-PCL/PLLA共混物在PE基底上结晶时受到共混比影响:当共混比大于30/70时，共混物中的PLLA在PE基底上结晶时不发生取向;当共混比小于30/70时，共混物中的PLLA可以在PE基底上定向附生，生成交叉片晶结构，且随着共混比例的降低，PLLA沿PE分子链方向排列的片晶逐渐增加。
嵌段共聚物;左旋聚乳酸;聚己内酯;取向聚乙烯;附生结晶
北京化工大学
博士
化学
黄启谷
2020
中文
TQ311
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）