聚乳酸及其纳米复合材料的研究

论文摘要

聚L-乳酸（PLLA）树脂是一类生物可降解的高分子,具有较好的机械强度、弹性模量和热成型性,但PLLA树脂仍存在合成周期长、热稳定性较差、结晶速率慢及耐冲击性差等缺陷。针对这些不足之处,本文通过化学和物理改性的方法分别制备了聚乳酸-环氧大豆油（PLLA-ESO）星型共聚物、PLLA-ESO/g-SiO2及多种PLLA/PLLA-POSS纳米复合材料,并对其性能展开了研究。首先,采用开环聚合法制备了PLLA-ESO星型共聚物,借助于傅立叶红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）、差示扫描量热分析（DSC）和热失重分析（TGA）等手段分析了L-丙交酯（LLA）和环氧大豆油（ESO）的共聚反应机理,探索了ESO、Sn（Oct）2和抗氧剂对LLA开环聚合的影响,并对共聚物的热性能及力学性能进行了研究。结果表明LLA和ESO共聚反应生成了PLLA-ESO星型共聚物；加入适量的ESO可提高共聚物的重均分子量（Mw）,而Sn（Oct）2的含量对共聚物的Mw无影响,但对聚合速率和分子量分布有影响；与纯PLLA树脂相比,PLLA-ESO共聚物的Tg、Tm和X。均降低,热稳定性下降而热氧稳定性提高,力学性能有所改善。其次,采用LLA与纳米SiO2制备了g-SiO2,并制备了PLLA/g-SiO2和PLLA-ESO/g-SiO2纳米复合材料。借助于FT-IR、DSC、TGA、TEM和热台偏光显微镜（POM）等手段探索了L-丙交酯与纳米SiO2的反应,并研究了纳米复合材料的结构与性能。结果表明低分子量PLLA和纳米SiO2粒子间发生了化学接枝反应,最高接枝率达28.2%;g-SiO2纳米粒子在聚合物中分散均匀也是PLLA-ESO基体的有效成核剂,随g-SiO2含量的增加,PLLA-ESO/g-SiO2纳米复合材料的结晶度（Xc）增大,Tg和Tm先升后降,而Tc下降,结晶速率提高；PLLA-ESO/g-SiO2纳米复合材料具有优良的力学性能。第三,采用LLA与OPOSS、AMPOSS和ALPOSS分别制备了PLLA-OPOSS、PLLA-AMPOSS和PLLA-ALPOSS杂化材料,并制备了PLLA/PLLA-POSS纳米复合材料,借助于FT-IR、1HNMR、GPC、DSC和TGA等手段表征了其结构与性能。结果表明OPOSS的环氧基、AMPOSS的氨基和ALPOSS的羟基分别与PLLA的羧基发生了接枝反应；PLLA树脂的Tg和Tm均随PLLA-OPOSS量的增加先升后降,PLLA-POSS的加入均提高了PLLA树脂的热氧稳定性；PLLA-POSS是PLLA树脂有效成核剂,PLLA树脂以均相成核和圆盘型二维生长方式结晶,而三种纳米复合材料均以异相成核和三维球晶生长方式结晶,PLLA-POSS的加入改变了PLLA的成核机理及晶体生长方式,其中PLLA-ALPOSS成核效果最佳；相同的结晶温度下三种纳米复合材料结晶速率均比纯PLLA高,其中PLLA-OPOSS在PLLA基体中的含量为10%时结晶最快,而PLLA-AMPOSS和PLLA-ALPOSS在PLLA基体中含量达30%时结晶最快。PLLA-OPOSS含量增至20%时,PLLA/PLLA-OPOSS纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别增长4.7%和43.3％:PLLA-AMPOSS和PLLA-ALPOSS同样可增强增韧PLLA.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物可降解聚乳酸的研究进展
• 1.2.1 聚乳酸概述
• 1.2.2 聚乳酸材料改性的研究进展
• 1.2.3 聚乳酸树脂的应用
• 1.3 研究目的、意义和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.3.3 研究内容
• 1.4 论文创新点
• 第2章 聚乳酸-环氧大豆油（PLLA-ESO）共聚物的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 分析表征方法及仪器
• 2.2.3 L-丙交酯与环氧大豆油的提纯
• 2.2.4 PLLA-ESO共聚物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PLLA-ESO共聚物的结构表征
• 2.3.2 不同ESO含量对PLLA-ESO共聚物的影响
• 2含量对共聚物的影响'>2.3.3 催化剂SnOct₂含量对共聚物的影响
• 2.3.4 抗氧剂对共聚物的影响
• 2.3.5 纯PLLA和PLLA-ESO共聚物热性能的分析
• 2.3.6 纯PLLA和PLLA-ESO共聚物力学性能的分析
• 2.4 本章小结
• 2）改性PLLA-ESO树脂'>第3章 纳米二氧化硅（SiO₂）改性PLLA-ESO树脂
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 分析表征方法及仪器
• 3.2.3 纳米二氧化硅的制备
• 2的制备'>3.2.4 PLLA-g-SiO₂的制备
• 2纳米复合材料的制备'>3.2.5 PLLA-ESO/g-SiO₂纳米复合材料的制备
• 3.3 结果与讨论
• 2的结构表征'>3.3.1 PLLA-g-SiO₂的结构表征
• 2的接枝率表征'>3.3.2 PLLA-g-SiO₂的接枝率表征
• 2的分散性表征'>3.3.3 PLLA-g-SiO₂的分散性表征
• 2纳米复合材料的等温结晶性能分析'>3.3.4 PLLA-ESO/g-SiO₂纳米复合材料的等温结晶性能分析
• 2纳米复合材料的结晶形貌观察'>3.3.5 PLLA-ESO/g-SiO₂纳米复合材料的结晶形貌观察
• 2纳米复合材料的热性能分析'>3.3.6 PLLA-ESO/g-SiO₂纳米复合材料的热性能分析
• 3.3.7 纳米复合材料的力学性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 八（2-（2,3-环氧）丙氧基）乙基笼形倍半硅氧烷改性PLLA树脂
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与试剂
• 4.2.2 分析表征方法及仪器
• 4.2.3 PLLA-OPOSS杂化材料的制备
• 4.2.4 PLLA/PLLA-OPOSS纳米复合材料的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PLLA-OPOSS杂化材料的结构表征
• 4.3.2 PLLA/PLLA-OPOSS纳米复合材料的结构与性能
• 4.4 本章小结
• 第5章 —（3-氨基）丙基七异丁基笼形倍半硅氧烷改性PLLA树脂
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料与试剂
• 5.2.2 分析表征方法及仪器
• 5.2.3 PLLA-AMPOSS杂化材料的制备
• 5.2.4 PLLA/PLLA-AMPOSS纳米复合材料的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PLLA-AMPOSS杂化材料的结构表征
• 5.3.2 PLLA/PLLA-AMPOSS纳米复合材料的结构与性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 —（3-（2,3-二羟基）丙氧基）丙基七异丁基笼形 #85倍半硅氧烷改性PLLA树脂
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 原料与试剂
• 6.2.2 分析表征方法及仪器
• 6.2.3 PLLA-ALPOSS杂化材料的制备
• 6.2.4 PLLA/PLLA-ALPOSS纳米复合材料的制备
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 PLLA-ALPOSS杂化材料的结构表征
• 6.3.2 PLLA/PLLA-ALPOSS纳米复合材料的结构与性能
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢