P（3HB-co-4HB）结晶及降解性能的研究

论文摘要

本文研究了不同4-羟基丁酸酯（4HB）含量的聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]的结晶性能和降解性能,以及P（3HB-co-4HB）/成核剂体系的结晶性能和力学性能。采用广角X射线衍射仪（WAXD）、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）、原子力显微镜（AFM）等表征了晶体结构,结晶动力学及结晶形态。借用粘度法、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱法（FTIR）等考察了降解过程中样品质量、分子量、表面形态等的变化,并对各种样品在介质中的降解机理进行了研究分析。结果表明：（1）4HB单元的引入不影响P（3HB-co-4HB）的晶体结构及结晶机理。随着4HB含量的增加,P（3HB-co-4HB）的熔融温度（Tm）、玻璃化转变温度（Tg）和结晶度均下降,结晶能力降低,结晶速率下降。（2）聚3-羟基丁酸酯（PHB）和P（3HB-co-4HB）都呈现典型的环带球晶形态,球晶尺寸及形态与4HB含量和结晶温度密切相关,环间距随4HB含量的增加及温度的降低而减小。4HB单元的引入能抑制PHB球晶中裂缝的产生（3） P（3HB-co-4HB）在各种介质中均有一定的降解性,导致其质量损失和分子量下降。但P（3HB-co-4HB）在各种介质中的降解机理不同,在土壤和酶介质中主要是酶解机理；在磷酸盐缓冲液中主要是水解机理；而其热降解是典型的无规断链机理,即链段酯基顺式消除。（4）4HB含量对样品的降解速率和表面腐蚀形貌有很大影响。在土壤和酶降解中,P（3HB-co-15%4HB）具有较低的结晶度和较高的表面粗糙度,其降解速率最快；而在磷酸盐缓冲液中,随着4HB含量增大,降解速率增加。各种4-羟基丁酸酯（4HB）含量的P（3HB-co-4HB）共聚酯在170℃就开始发生明显的热降解,且随温度升高和受热时间延长,热降解速率急剧增加。热降解速率强烈依赖于降解温度,与4HB含量关系不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 聚羟基脂肪酸酯（PHA）概述
• 1.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）的研究进展
• 1.2.1 PHA的结晶性能研究
• 1.2.2 PHA的降解行为研究
• 1.3 聚合物结晶过程研究概况
• 1.3.1 聚合物的结晶动力学
• 1.3.2 聚合物结晶过程的测试方法
• 1.4 高分子材料生物降解性能的研究
• 1.4.1 生物降解性评价的必要性
• 1.4.2 生物降解性能的评价方法
• 1.5 本论文的研究目的及意义
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 原料的提纯及样品的制备
• 2.3.1 P（3HB-co-4HB）的提纯
• 2.3.2 样品的制备
• 2.4 降解试验
• 2.4.1 土壤降解
• 2.4.2 磷酸缓冲液降解
• 2.4.3 酶降解
• 2.4.4 热降解
• 2.5 测试与表征
• 2.5.1 广角X射线衍射（WAXD）分析
• 2.5.2 差示扫描量热法（DSC）分析
• 2.5.3 偏光显微镜（POM）分析
• 2.5.4 原子力显微镜（AFM）分析
• 2.5.5 力学性能的测试
• 2.5.6 失重率的测定
• 2.5.7 粘度法测分子量
• 2.5.8 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.5.9 红外光谱分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 P（3HB-co-4HB）的结晶性能研究
• 3.1.1 P（3HB-co-4HB）广角X射线衍射分析
• 3.1.2 P（3HB-co-4HB）的非等温结晶行为
• 3.1.3 P（3HB-co-4HB）的等温结晶动力学
• 3.1.4 P（3HB-co-4HB）环带球晶的结晶形态
• 3.1.5 P（3HB-co-4HB）球晶表面形貌的研究
• 3.2 P（3HB-co-4HB）的成核改性研究
• 3.2.1 成核剂对P（3HB-co-4HB）非等温结晶行为的影响
• 3.2.2 成核剂对P（3HB-co-4HB）等温结晶动力学的影响
• 3.2.3 成核剂对P（3HB-co-4HB）结晶形态的影响
• 3.2.4 成核剂对P（3HB-co-4HB）力学性能的影响
• 3.3 P（3HB-co-4HB）的降解性能研究
• 3.3.1 P（3HB-co-4HB）的土壤降解
• 3.3.2 P（3HB-co-4HB）的磷酸缓冲液降解
• 3.3.3 P（3HB-co-4HB）的酶降解
• 3.3.4 P（3HB-co-4HB）的热降解
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢