聚乳酸纤维的晶体结构调控与耐热改性

发布时间：2020-06-16 12:40

【摘要】：随着石油资源的不断开采利用,衍生出了很多附加产品,其中合成塑料的发现与发展,极大的促进了社会的进步。然而,绝大部分制品由于在天然环境中不可降解并且很难回收利用,其巨大的生产和消费在满足人类的同时,也带来了日趋严重的能源危机和环境污染问题。因此,为了摆脱能源危机和环境污染带来的问题,大力发展非石油基,可生物降解的高分子材料来取代传统的石油基高分子材料显得尤为重要。其中,聚乳酸(PLA)作为一种完全生物可降解对环境友好的聚酯类化合物,PLA纤维适应可持续发展的要求,符合绿色环保、资源循环使用的社会法则,应用前景广阔,受到了广大消费者的青睐。然而由于PLA纤维耐热性能差的问题,限制了其应用领域。目前,PLA耐热改性的方式有许多,而本文基于保留其完全的生物可降解性,并结合实际生产过程,旨在研究外力场作用对其形态结构的影响及调控,从而达到耐热改性的目的。首先,探讨了高分子量右旋聚乳酸(HPDLA)的添加量对左旋聚乳酸(PLLA)基体结晶性能、相分离行为的影响;然后,依据上述相分离行为的研究结果,选用了HPDLA/PLLA(20/80)(20%HPDLA)共混物片材作为研究对象,系统研究了不同的热牵伸条件对共混物结晶行为力学性能的影响;最后,通过熔融纺丝制备了20%HPDLA复合纤维,分析了成纤外力场纤维内部形态结构的调控作用,并对相应的结构与性能关系进行了系统关联。其研究结果如下:1、在HPDLA/PLLA共混体系中,由扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的结果可知,HPDLA会与PLLA基体发生相分离,HPDLA以球形粒子的形貌均匀分散于PLLA基体中;由差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)的测试结果可知,随着HPDLA含量的增加,基体中立构复合(SC)晶体的含量也不断提高,同时,HPDLA的加入可以增加成核位点、缩短半结晶时间、减小球晶尺寸,从而促进PLLA基体的结晶。2、在20%HPDLA共混物片材热牵伸体系中,DSC研究结果表明,通过调节热牵伸条件,热牵伸后的片材在232℃会出现一个高温熔融峰,当热牵伸倍数为8倍且牵伸速率为10 mm·min~(-1)时,该熔融峰对应的焓值最高。由SEM测试可以观察到片材中球晶在热牵伸场作用下转变为了高度取向晶体结构,POM测试结果也进一步证实了晶体结构转变;动态热机械分析(DMA)结果表明,热牵伸处理后20%HPDLA共混样品的玻璃化转变温度比纯样PLLA提高了约5℃;力学性能测试结果表明:热牵伸后的样品中,20%HPDLA共混物较纯样PLLA断裂强力和断裂伸长率都有了较大幅度的提高。3、在20%HPDLA复合纤维体系中,由于HPDLA可在PLLA基体中发生相分离,HPDLA以球形粒子均匀分散于PLLA基体中,成纤流动场作用下,HPDLA分散相可以原位成纤,经热牵伸处理后得到排列更加规整、直径更小的原位纳米纤维。由于HPDLA相较于基体PLLA具有更高的强度和模量,原位纳纤结构可以避免界面破坏,因此原位纳纤结构的引入,可以大幅提高复合纤维的力学性能。同时,整齐排列于复合纤维中的原位纳纤可以起到骨架作用,限制取向PLLA分子链的解取向,因此可以显著提高复合纤维的耐热性能,其热空气和沸水收缩率都比纯样PLLA纤维明显降低。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ340.1
【图文】：

合成原理,直接缩聚法

誉为 21 世纪最有发展前景的“绿色塑料”之一[4-15]。用的合成方法的合成方法主要有两种[16-28]，其中一种为直接缩聚法或一一种为开环聚合法或两步法，简称为 ROP 法。法指在适当的条件下，乳酸直接进行缩聚反应，生成分子量过加入催化剂的方式，诱发进一步反应，从而生成分子具有简单、高效的特点，但是由于反应中存在的丙交酯、，导致产物很难从反应体系中分离出来，从而导致反应很的 PLA 分子量较低，同时容易夹杂。PC 法的合成原理如

原理图,原理,二聚体,开环聚合反应

有简单、高效的特点，但是由于反应中存在的致产物很难从反应体系中分离出来，从而导PLA 分子量较低，同时容易夹杂。PC 法的合图 1.1 PC 法的合成原理分为两步进行：首先，在脱水剂（醇类）存酯环状的二聚体；其次，在催化剂（如辛酸的丙交酯环状二聚体进行开环聚合反应，从A 分子量大、机械强度高，但其生产效率较低方法。ROP 法的原理如下图 1.2 所示：

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