生物可降解聚酯PHA及其改性的研究

论文摘要

随着现代生物技术的飞速发展,除各种酶制剂、生物表面活性剂及其他一些生物化工基础产物外,直接以发酵技术生产的结构材料——微生物聚（microbial polyesters）也已步入了高分子材料行列。其中以聚羟基脂肪酸酯（PHA）为代表的生物聚酯成为生物可降解材料的研究热点之一。由于PHA具有与通用高分子同样的热塑性,而且在环境中能生物降解,因而在减少石油资源的消耗方面也具有积极意义。本文所研究的第四代PHA是3-羟基丁酸（3HB）和4-羟基丁酸（4HB）的共聚物P（3HB-co-4HB）,具有前几代PHA更加出色的物化性能和应用范围,由于4HB含量的可控性和P4HB本身优异的物性,使共聚物具有更好的加工能和热稳定性,降低熔融温度和结晶度,此外共聚的PHA具有与其他可降解材料更好的相容性。随着4HB单体的增加,共聚物由结晶性的硬塑料向富有弹性的橡胶念过渡,可加工成透明的薄膜和强度很高的纤维,也可以制备成可生物降解的弹性体,也可以做为生物粘合剂材料使用,因此其材料本身除了可以制备众多可降解制品,还可以作为其他材料的改性剂。本文对第四代PHA3-羟基丁酸（3HB）和4-羟基丁酸（4HB）的共聚物P（3HB-co-4HB）采用有机化的纳米蒙脱土、PEG10000以及扩链剂进行了改性,并采用带热台的偏光显微镜、毛细管流变仪、差示扫描晕热仪、热重分析仪对P（3HB-co-4HB）及有机化的纳米蒙脱土、PEG10000以及扩链剂改性的P（3HB-co-4HB）进行了研究；对P（3HB-co-4HB）、P（3HB-co-4HB）/PEG10000体系进行了纺丝初探,并采用电子单纱强力仪、声速仪对纤维的力学性能、声速值进行了研究。采用电子扫描显微镜对P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混体系进行了观察。结果发现：P（3HB-co-4HB）的结晶为球晶,纯P（3HB-co-4HB）对温度和剪切速率均有较强的敏感性；流变结果发现OMMT与PEG10000的加入提高了P（3HB-co-4HB）的流动性、降低了粘流活化能；扩链剂降低了P（3HB-co-4HB）对温度和剪切力的敏感性。本文的在P（3HB-co-4HB）原料及其改性方面的研究,对第四代PHA从理论研究到实际、进入工业化进程具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 第一代PHA——PHB
• 2.1.1 PHB的结构及概述
• 2.1.2 PHB结晶的研究
• 2.1.3 PHB的改性研究
• 2.1.4 PHB在液晶领域的应用
• 2.2 第二代PHA PHBV
• 2.2.1 PHBV结构及概述
• 2.2.2 PHBV及其共混体系结晶性能的研究
• 2.2.3 PHBV的改性研究
• 2.2.4 PHBV纤维的成型及研究
• 2.2.5 PHBV在吸油材料领域的应用
• 2.3 第三代PHA PHBHHx
• 2.3.1 PHBHHx结构及概述
• 2.3.2 PHBHHx发酵生产的研究
• 2.3.3 PHBHHx的改性研究
• 2.3.4 PHBHHx在生物工程领域的应用
• 2.4 第四代PHA P（3HB-co-4HB）
• 2.4.1 P（3HB-co-4HB）的结构及概述
• 2.4.2 P（3HB-co-4HB）的改性研究
• 2.5 本文的创新之处
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 原料的处理
• 3.2.2 共混体系的制备
• 3.2.2.1 PEG10000/P（3HB-co-4HB）共混体系的制备
• 3.2.2.2 OMMT/P（3HB-co-4HB）共混体系的制备
• 3.2.3 P（3HB-co-4HB）及其共混体系纤维的制备
• 3.2.4 P（3HB-co-4HB）薄膜的制备
• 3.3 测试及表征
• 3.3.1 流变性能的测定
• 3.3.2 DSC测定
• 3.3.3 热失重测定
• 3.3.4 纤维的力学性能测试
• 3.3.5 扫描电镜
• 3.3.6 纤维的声速值测试
• 3.3.7 P（3HB-co-4HB）结晶性能测试
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 P（3HB-co-4HB）结晶性能的研究
• 4.2 P（3HB-co-4HB）的性能及其纤维性能
• 4.2.1 P（3HB-co-4HB）的流变性能
• 4.2.1.1 黏度-剪切速率曲线
• 4.2.1.2 剪切应力-剪切速率曲线
• 4.2.1.3 P（3HB-co-4HB）的粘流活化能
• 4.2.2 P（3HB-co-4HB）的差热分析
• 4.2.3 P（3HB-co-4HB）的热重分析
• 4.2.4 P（3HB-co-4HB）纤维的力学性能
• 4.2.4.1 纤维强度
• 4.2.4.2 弹性回复率
• 4.2.4.3 P（3HB-co-4HB）纤维的声速值
• 4.3 P（3HB-co-4HB）/PEG共混体系的研究
• 4.3.1 P（3HB-co-4HB）/PEG共混体系SEM照片
• 4.3.2 P（3HB-co-4HB）/PEG共混体系的热重分析
• 4.3.3 P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混体系流变性的研究
• 4.3.3.1 非牛顿指数n
• 4.3.3.2 P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混体系的η-γ曲线及粘流活化能
• 4.3.4 P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混纤维
• 4.3.4.1 P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混纤维强力
• 4.3.4.2 共混纤维回潮率的测定
• 4.3.4.3 P（3HB-co-4HB）/PEG10000共混纤维的声速值
• 4.5 P（3HB-co-4HB）的OMMT共混改性
• 4.5.1 OMMT/P（3HB-co-4HB）共混体系的流变性能研究
• 4.5.2 OMMT/P（3HB-co-4HB）共混体系的差热分析
• 4.5.3 OMMT/P（3HB-co-4HB）共混体系的热重分析
• 4.6 采用扩链剂对P（3HB-co-4HB）的改性研究
• 4.6.1 扩链剂改性P（3HB-co-4HB）的流变性
• 4.6.2 扩链剂改性P（3HB-co-4HB）的热重分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 第六章 致谢