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生物可降解聚3-羟基丁酸酯的改性研究

王铁柱  
【摘要】: 聚3-羟基丁酸酯(PHB)是一种由微生物发酵合成的热塑性脂肪族聚酯,具有良好的生物降解性和生物相容性,应用前景广泛,但PHB在脆性和热稳定性等方面的不足在一定程度上限制了其应用。本论文在研究PHB各种基本性质的基础上,通过改变PHB的结构,包括PHB的链结构、聚集态结构等,来改善PHB的这些不良性质,并对改性物的结晶性质、流变性质、力学性质和降解性质等进行了研究。其中改变PHB的聚集态结构包括PHB/成核剂、PHB/醋丁纤维素(CAB)、PHB/CAB-g-聚乙二醇(PEG)、PHB/CAB/CAB-g-PHB体系的研究,改变PHB的链结构为PHB接枝丙烯酸甲酯(MA)的研究。 研究结果表明,原始PHB样品纯度较低,其中溶于水的无机盐杂质含量较多,而溶于醇的有机小分子杂质相对较少。PHB为典型的假塑性流体,熔体表观粘度随剪切速率增大而降低,温度对其粘度的影响很大。 成核剂使PHB的结晶温度升高,结晶速率增加,球晶尺寸减小,在一定程度上提高了PHB的耐热性和力学性能,其中高分子成核剂的改性效果好于无机成核剂。 CAB的加入降低了PHB组分的结晶度,使PHB球晶形态的规整程度下降,球晶尺寸变小,PHB/CAB共混物具有比PHB更低的流动温度,这可以使PHB在较低的温度下进行加工,改善了PHB的加工性能,但由于在PHB含量较高时,PHB和CAB的相容性并不好,CAB并没有使PHB的力学性能得到较大程度的改善,共混物的断裂伸长率变化不大。与PHB/CAB共混物相比,由于PEG长支链的引入,PHB/CAB-g-PEG共混体系具有更好的相容性,因此韧性明显提高,拉伸时呈现出韧性断裂的特征。对PHB/CAB/CAB-g-PHB共混体系而言,CAB-g-PHB的加入增加了PHB和CAB之间的相容性,起到了增容和改善织态结构的作用,因此此共混物的韧性较PHB/CAB明显改善。 PHB接枝丙烯酸甲酯的研究表明,反应条件对共聚物接枝率的影响较大。随接枝率的增加,PHB-g-PMA接枝共聚物的熔融温度降低,球晶形态的规整程度下降。由于PMA柔性侧链的引入,接枝共聚物比PHB具有更好的加工性能和力学性能。


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