可生物降解形状记忆聚L—乳酸及其共聚物的结构与性能

论文摘要

本研究采用开环聚合和共聚的方法合成了一系列具有不同成分和化学结构的聚乳酸均聚物（PLLA）及聚乳酸/聚ε-己内酯共聚物（PCLA）,采用红外光谱、核磁共振波谱、差示扫描量热分析、X射线衍射分析、偏光显微分析和拉伸试验,系统研究了材料的微观结构、力学性能、形状记忆特性以及降解性能,并阐明了微观结构与性能之间的内在联系和本质,揭示形状记忆效应的微观机制。研究发现,PLLA均聚物具有形状记忆效应,其中PLLA结晶相做为固定相,无定型相做为可逆相;PLLA呈现冷变形成型的形状记忆效应,随着变形温度的升高,形状恢复率下降。相对分子量对PLLA的微观结构及力学性能有较大影响,进而影响到PLLA的形状恢复率和恢复力;随着相对分子量的增加,形状恢复率和恢复力均增大。通过调整PCLA无规共聚物的组成,可获得优异的形状记忆效应,随着ε-CL含量的增加,形状恢复率增大,形状保持率减小,对于组成相同的共聚物,增大相对分子量有利于形状记忆效应的提高。PCLA无规共聚物（R90R70）中,PLLA的结晶相做为固定相,PCLA无定型相做为可逆相,而无定型的R60中,高分子链的缠结点做为固定相,其形状记忆效应来自于无定型相高弹形变的冻结和恢复。形变对形状记忆效应有明显影响,随着变形量的增加,形状恢复率减小,恢复力则先增大而后减小;随着形状记忆循环次数的增加,形状恢复率先明显下降而后趋于稳定,说明初始变形将存在的弱交联点破坏之后,聚合物趋于稳定的结构。PCLA嵌段共聚物具有良好的形状记忆效应,随着PCL含量的增加,形状恢复率增大,而形状保持率则先减小而后增大;PCL含量超过30%时,PCL和PLLA可以单独结晶,PLLA的结晶相做为固定相,PCL链段和PLLA无定型相做为可逆相;在PCL熔点以上变形然后冷却,取向的无定型高分子链段和取向的PCL结晶相被固定,当再次加热至PCL熔点以上时,取向的PCL结晶相熔化,高分子链段恢复到构象熵最大的状态,形状得以恢复。具有适当比例的无定型相和结晶相是获得形状记忆效应的关键,无定型

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物形状记忆效应及其机制
• 1.3 聚己内酯系可生物降解形状记忆聚合物的研究现状
• 1.4 聚乳酸系可生物降解形状记忆聚合物的研究现状
• 1.4.1 聚乳酸的合成
• 1.4.2 聚乳酸的结构
• 1.4.3 聚乳酸的力学性能
• 1.4.4 聚乳酸的体外和体内降解性能
• 1.4.5 聚乳酸的共聚物
• 1.4.6 聚乳酸系聚合物的形状记忆效应
• 1.5 可生物降解形状记忆聚合物的应用前景
• 1.6 选题意义及主要研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 聚合物的合成与成型
• 2.3 聚合物的微观结构分析
• 2.4 力学性能与形状记忆特性测试
• 2.5 降解行为测试
• 第3章 形状记忆PLLA 的结构与性能
• 3.1 引言
• 3.2 PLLA 的合成与链结构
• 3.2.1 聚合条件对PLLA 相对分子量的影响
• 3.2.2 复合引发剂对PLLA 相对分子量的影响
• 3.2.3 PLLA 的链结构
• 3.3 PLLA 的热性能与聚集态结构
• 3.3.1 PLLA 的热性能
• 3.3.2 PLLA 的显微组织
• 3.4 PLLA 的力学性能
• 3.5 PLLA 的形状记忆效应及其微观机制
• 3.5.1 形状记忆效应现象
• 3.5.2 变形态和恢复态的微观结构
• 3.5.3 形状记忆效应的微观机制
• 3.6 相对分子量及形变对形状记忆特性的影响
• 3.6.1 相对分子量对形状记忆特性的影响
• 3.6.2 形变对PLLA 的形状记忆特性的影响
• 3.7 PLLA 的降解行为
• 3.7.1 质量损失百分率
• 3.7.2 降解过程中微观组织演化
• 3.7.3 降解过程中力学性能的变化
• 3.7.4 降解对形状记忆特性的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 形状记忆PCLA 无规共聚物的结构与性能
• 4.1 引言
• 4.2 PCLA 无规共聚物的合成与链结构
• 4.3 PCLA 无规共聚物的热性能与聚集态结构
• 4.3.1 PCLA 无规共聚物的热性能
• 4.3.2 PCLA 无规共聚物的显微组织
• 4.3.3 PCLA 无规共聚物的相结构分析
• 4.4 PCLA 无规共聚物的力学性能
• 4.5 PCLA 无规共聚物的形状记忆特性
• 4.5.1 组成对形状记忆特性的影响
• 4.5.2 相对分子量对形状记忆特性的影响
• 4.5.3 变形量对形状记忆特性的影响
• 4.5.4 变形温度对形状记忆特性的影响
• 4.5.5 形状记忆循环次数对形状恢复率的影响
• 4.6 PCLA 无规共聚物的降解行为
• 4.6.1 质量损失百分率
• 4.6.2 降解对PCLA 无规共聚物力学性能的影响
• 4.6.3 降解过程中的微观组织演变
• 4.6.4 降解对PCLA 无规共聚物形状记忆特性的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 形状记忆PCLA 嵌段共聚物的结构与性能
• 5.1 引言
• 5.2 PCLA 嵌段共聚物的合成与链结构
• 5.3 PCLA 嵌段共聚物的热性能与聚集态结构
• 5.3.1 PCLA 嵌段共聚物的热性能
• 5.3.2 PCLA 嵌段共聚物的结晶形貌
• 5.3.3 PCLA 嵌段共聚物的相结构分析
• 5.4 PCLA 嵌段共聚物的力学性能
• 5.5 PCLA 嵌段共聚物的形状记忆特性
• 5.5.1 变形态和恢复态的微观结构
• 5.5.2 PCLA 嵌段共聚物形状记忆效应的分子模型
• 5.5.3 组成对形状记忆特性的影响
• 5.5.4 形变对形状记忆效应的影响
• 5.6 PCLA 嵌段共聚物的降解行为
• 5.6.1 质量损失百分率
• 5.6.2 降解过程中的微观组织演化
• 5.6.3 降解对PCLA 嵌段共聚物力学性能的影响
• 5.6.4 降解对PCLA 嵌段共聚物形状记忆特性的影响
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历