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PHBV/HBPs共混体系的聚集态结构及力学性能

刘佩  
【摘要】:聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)生物聚酯具有资源可再生、生物可降解性、生物组织相容性、压电性、抗凝血性等优点,还可熔融加工,是理想的环境友好和生物医用材料。但是,PHBV也存在以下几方面的缺点:(1)热稳定性差,熔融加工窗口窄,在熔点以上停留较短时间便会发生剧烈的热降解;(2)PHBV是由微生物合成的,纯度高、晶核密度低,且PHBV立构规整性好,易于形成完整的大球晶,导致材料脆性较大;(3)PHBV的玻璃化转变温度较低,在室温存放过程中会发生二次结晶,使材料的脆性加剧。这些都极大地限制了其应用。本文针对PHBV存在的成核密度低、分子链立构规整性大、结晶度高、力学性能差等缺陷,开展了一系列探索性研究。 采用溶液涂膜和熔融共混两种方法制备了PHBV/HBPs(超支化聚酰胺脂)共混体系。借助TGA、DMA及拉伸测试获得复合材料的宏观性能;借助DSC、POM、WXRD、考察了HBPs的引入对PHBV热熔性能和结晶性能的影响;借助扫描电镜SEM观察HBPs的分散性和体系的界面相容性;借助FTIR表征了PHBV和HBPs之间的相互作用。从而建立结构-性能之间的关系。 采用溶液涂膜的方法制备了PHBV/HBPs共混体系,研究了在较低温度加工条件下,HBPs的引入对PHBV结构及性能的影响。建立了PHBV/HBPs共混体系的结构与性能之间的关系,研究了宏观的力学性能与聚集态结构及分子间作用力之间的相互关系。首先,从聚集态结构出发,HBPs的引入没有改变PHBV的结晶结构,相当于“稀释”了PHBV的晶核,球晶的尺寸变大,但球晶的完整性降低,同时,球晶的生长速率降低,体系的结晶度下降,可以说明,HBPs在一定程度上抑制了PHBV的结晶,改善了PHBV的脆性;从SEM照片可以看到,当HBPs在PHBV基体中分散较好及HBPs的尺寸较小时,PHBV/HBPs体系表现出较好的宏观力学性能;其次,从分子间作用力角度来考虑,HBPs结构中含有很多羟基,可以与PHBV的酯羰基形成分子间氢键作用,红外光谱证实了两者之间存在氢键作用,从而改善PHBV的力学性能。拉伸测试结果表明,PHBV/HBPs体系的拉伸强度和断裂伸长率,随着HBPs的增加出现先增加后减小的趋势,这是由体系结晶度减小,两组分间的分散程度和两组分间相互作用共同作用的结果。 用熔融共混法制备了PHBV/HBPs共混体系,除去溶剂的影响,研究了在较高温度加工条件下,HBPs的引入对PHBV结构及性能的影响。HBPs勺引入使得PHBV在较高的温度下就开始结晶,没有改变PHBV的结晶结构,并没有抑制PHBV晶核的形成,可能的原因是在熔融加工过程中,在高温和强剪切力的作用下,会有少量聚合物的分子链断裂,形成一些小的分子,充当晶核的作用,环带球晶不再明显,而且破坏了球晶的完整程度,体系的结晶度下降,这在一定程度上改善了PHBV的脆性。当HBPs的含量较小时,HBPs能够在PHBV基体中良好的分散,体系在宏观上表现为良好的力学性能。力学测试研究表明,HBPs对体系起到了增强增韧的作用,PHBV/5wt%HBPs的断裂伸长率达到3.15%左右,比纯PHBV曾加了将近100%。


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