生物聚酯P（3HB-co-4HB）的成纤与改性技术研究

论文摘要

当今世界石油储量日渐减少,石油价格不断上涨,全球能源危机不断加重,环境污染问题也更是日趋严重,在此国际背景下,涌现了一大批的可降解高分子材料。主要可以分为化学合成的聚合物,天然的淀粉基生物可降解材料,生物质聚酯聚羟基脂肪酸酯（PHA）这三大类。其中聚羟基脂肪酸酯类材料由于其优越的生物降解性能、生物相容性和突出的机械性能,成为了可降解高分子材料领域中的一个很热的课题。本文的研究对象是聚（3羟基丁酸酯-co-4羟基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）],其力学性能类似于PE和PP,随4HB含量增大,材料发生从脆性到韧性的转变,且加工窗口较窄,P （3HB-co-4HB）的结晶性能较差,结晶速度慢,易发生二次结晶,成型收缩率一般为1-2.5%。本文通过差热（DSC）和热重（TGA）分析了P（3HB-co-4HB）的热性能,选定了适宜的熔融纺丝温度区间为125-150℃,成功地制备了P（3HB-co-4HB）纤维、P（3HB-co-4HB）/TiO2纤维、P（3HB-co-4HB）/EVA纤维和P（3HB-co-4HB）/TiO2/EVA纤维。采用毛细管流变仪、热重分析仪、单丝强力仪分别测试了复合材料的流变性能、热性能、单丝力学性能和回弹性。实验结果表明,P（3HB-co-4HB）、P（3HB-co-4HB）/TiO2、 P（3HB-co-4HB）/EVA和P（3HB-co-4HB）/TiO2/EVA复合材料熔体的均是假塑性流体,温度升高,熔体的表观粘度降低,非牛顿指数n值增大；剪切速率增大,表观粘度减小。WiO2可以有效改善材料的加工流动性；提高了材料的热稳定性；TiO2加入使纤维的断裂强度降低；但纤维的弹性恢复率可达100%,退绕性有所改善。P（3HB-co-4HB）/EVA共混材料具有更好的流动性、结晶性能、热稳定性；纤维的断裂强度随着EVA加入量的增加而降低,但断裂伸长率却相反；共混纤维的弹性回复率都达到了100%；回潮率和干热收缩率随着EVA含量的增加先增大后减小。当同时将Ti02和EVA加入到P（3HB-co-4HB）基体中,材料的热稳定性虽然比纯P（3HB-co-4HB）纤维的要好,但是不如P（3HB-co-4HB）/EVA二元共混纤维,且三元共混纤维的力学性能也比P（3HB-co-4HB）/EVA二元共混纤维的小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PHA的结构、分类与性能
• 1.1.1 PHA的结构
• 1.1.2 PHA的分类
• 1.1.3 PHA的性能
• 1.2 PHA的生物合成
• 1.3 PHA的研究现状
• 1.3.1 对PHA物性的研究
• 1.3.1.1 降解性能的研究
• 1.3.1.2 力学性能和热性能的研究
• 1.3.1.3 表面性能的研究
• 1.3.2 对PHA加工性能的研究
• 1.3.3 其它研究
• 1.4 PHA的应用与展望
• 1.5 论文的研究目的与内容
• 1.6 本论文的研究特色和创新之处
• 第二章 P（3HB-co-4HB）纤维的制备及表征
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.2 P（3HB-co-4HB）纤维的制备
• 2.3 测试及表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 P（3HB-co-4HB）的热性能
• 2.4.2 P（3HB-co-4HB）的结晶形态
• 2.4.3 P（3HB-co-4HB）的XRD分析
• 2.4.4 P（3HB-co-4HB）纤维的取向度
• 2.4.5 P（3HB-co-4HB）纤维的力学性能
• 2.4.5.1 纤维的存放时间对纤维断裂强度的影响
• 2.4.5.2 热定型处理对纤维力学性能的影响
• 2.4.6 P（3HB-co-4HB）纤维的干热收缩率
• 2.4.7 P（3HB-co-4HB）纤维的回弹性
• 2.4.8 P（3HB-co-4HB）纤维的降解性能
• 2.5 结论
• 2共混纤维的制备及表征'>第三章 P（3HB-co-4HB）/TiO₂共混纤维的制备及表征
• 3.1 实验原料及仪器
• 3.2 实验
• 2的有机化处理'>3.2.1 TiO₂的有机化处理
• 3.2.2 纤维的制备
• 3.3 测试及表征
• 3.4 结果与讨论
• 2复合材料的结果与讨论'>3.4.1 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的结果与讨论
• 2复合材料的流变性能'>3.4.1.1 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的流变性能
• 2含量对纺丝性能的影响'>3.4.1.2 TiO₂含量对纺丝性能的影响
• 2复合材料的TGA'>3.4.1.3 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的TGA
• 2复合材料的DSC分析'>3.4.1.4 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的DSC分析
• 2复合材料的力学性能'>3.4.1.5 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的力学性能
• 2复合材料的干热收缩率'>3.4.1.6 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的干热收缩率
• 2复合材料的回弹性'>3.4.1.7 P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的回弹性
• 2复合材料的结果与讨论'>3.4.2 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的结果与讨论
• 2的粒度分布'>3.4.2.1 改性前后TiO₂的粒度分布
• 2的亲水性亲油性'>3.4.2.2 改性前后TiO₂的亲水性亲油性
• 2复合材料的流变性能'>3.4.2.3 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的流变性能
• 2复合材料的FT-IR分析'>3.4.2.4 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的FT-IR分析
• 2复合材料的力学性能'>3.4.2.5 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的力学性能
• 2复合材料的回弹性'>3.4.2.6 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的回弹性
• 2复合材料的降解性能'>3.4.2.7 硬脂酸和月桂酸改性后P（3HB-co-4HB）/TiO₂复合材料的降解性能
• 3.5 结论
• 第四章 P（3HB-co-4HB）/EVA共混纤维的制备及表征
• 4.1 实验原料及仪器
• 4.2 P（3HB-co-4HB）/EVA共混纤维的制备
• 4.3 P（3HB-co-4HB）/EVA测试及表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 P（3HB-co-4HB）/EVA流变
• 4.4.1.1 剪切应力与剪切速率的关系
• 4.4.1.2 表观粘度与剪切速率及温度的关系
• 4.4.2 P（3HB-co-4HB）/EVA的热性能
• 4.4.3 P（3HB-co-4HB）/EVA的FT-IR分析
• 4.4.4 P（3HB-co-4HB）/EVA的力学性能
• 4.4.5 P（3HB-co-4HB）/EVA的回弹性
• 4.4.6 P（3HB-co-4HB）/EVA的回潮率
• 4.4.7 P（3HB-co-4HB）/EVA的干热收缩率
• 4.5 结论
• 2/EVA三元共混纤维的制备及表征'>第五章 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的制备及表征
• 5.1 实验原料及仪器
• 2/EVA三元共混纤维的制备'>5.2 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的制备
• 2/EVA三元共混纤维的测试及表征'>5.3 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的测试及表征
• 5.4 结果与讨论
• 2/EVA三元共混纤维的热性能'>5.4.1 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的热性能
• 2/EVA三元共混纤维的力学性能'>5.4.2 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的力学性能
• 2/EVA三元共混纤维的回弹性'>5.4.3 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的回弹性
• 2/EVA三元共混纤维的降解性能'>5.4.4 P（3HB-co-4HB）/TiO₂/EVA三元共混纤维的降解性能
• 5.5 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 研究成果