生物可降解P（3HB-co-4HB）的加工及其改性研究

论文摘要

本文以4HB摩尔含量约5%的聚（3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸）[P（3HB-co-4HB）]共聚酯为原料,以异佛尔酮二异氰酸（IPDI）和巴斯夫扩链剂-4370（ADR-4370）为扩链剂,借用红外光谱仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）、扫描电子显微镜（SEM）、毛细管流变仪、Brabender塑化仪等研究扩链剂的种类和用量对P（3HB-co-4HB）共聚酯的结构、分子量、熔点、球晶形态、力学性能、断面形态、熔体流变性能等影响。以表面处理后的纳米蒙脱土（nano-MMT）改性P（3HB-co-4HB）为出发点,通过Brabender塑化仪熔融共混,制得纳米复合材料。研究了纳米粒子的用量对P（3HB-co-4HB）力学性能的影响。探讨了nano-MMT的表面处理方法以及nano-MMT与扩链剂IPDI联用对共聚酯体系的熔点、球晶形态、力学性能等影响。分别研究了IPDI扩链、添加nano-MMT和nano-MMT与IPDI联用三种改性方法对P（3HB-co-4HB）的结晶形态、力学性能以及断面形态的影响。结果表明：（1）扩链剂IPDI和ADR-4370均能与P（3HB-co-4HB）发生扩链反应,并有效提高P（3HB-co-4HB）的分子量。IPDI和ADR-4370单独或配合使用均能显著提高P（3HB-co-4HB）熔体表观黏度、改善加工性能和力学性能。通过对扩链前后P（3HB-co-4HB）共聚酯的DSC、POM分析,2种扩链剂均能提高P（3HB-co-4HB）的结晶性能,增加链段及分子间作用力,使共聚酯体系富3HB微区和富4HB微区均匀化,增加两微区相容性；2种扩链剂均可有效减小P（3HB-co-4HB）的球晶尺寸,增加球晶密度。其中,IPDI对P（3HB-co-4HB）的球晶形态影响较为显著。当IPDI用量为1wt%时,体系的综合性能最佳。（2）处理后的nano-MMT与P（3HB-co-4HB）有较好的相容性,能有效细化球晶尺寸,提高共聚酯的韧性,一定程度上提高了维卡软化温度；未表面处理的nano-MMT对共聚酯物理机械性能没有明显改善作用。（3） IPDI对共聚酯的各项性能改善作用最佳,处理后的nano-MMT其次,但nano-MMT与IPDI二者联用对共聚酯体系性能改善不明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 生物可降解高分子材料概述
• 1.2 聚羟基脂肪酸酯简介
• 1.2.1 聚羟基脂肪酸酯研究进展
• 1.3 聚三羟基丁酸酯（PHB）的结构与性能
• 1.3.1 PHB的结构
• 1.3.2 理化性能
• 1.3.3 力学性能
• 1.3.4 结晶性能
• 1.3.5 热性能
• 1.4 聚羟基丁酸酯的功能化改性研究进展
• 1.4.1 化学改性
• 1.4.2 物理改性
• 1.5 我国PHA研究开发现状
• 1.6 PHA的应用与展望
• 1.7 扩链剂简介
• 1.8 本论文研究的目的及意义
• 1.9 本论文研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 原料与设备
• 2.2 样品制备及实验工艺流程和条件
• 2.2.1 样品制备
• 2.2.2 实验工艺流程
• 2.2.3 实验工艺条件
• 2.3 测试与表征
• 2.3.1 红外光潜分析
• 2.3.2 分子量测定
• 2.3.3 差示扫描量热（DSC）分析
• 2.3.4 流变性能测试
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.3.6 维卡软化温度测试
• 2.3.7 扫描电镜（SEM）测试
• 2.3.8 球晶形态分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 扩链剂对P（3HB-co-4HB）性能的影响
• 3.1.1 红外光谱分析
• 3.1.2 扩链剂对P（3HB-co-4HB）分子量的影响
• 3.1.3 扩链前后P（3HB-co-4HB）样品的DSC分析
• 3.1.4 扩链剂对P（3HB-co-4HB）熔体表观黏度的影响
• 3.1.5 扩链剂对P（3HB-co-4HB）熔体加工稳定性的影响
• 3.1.6 扩链剂对P（3HB-co-4HB）熔体流动速率的影响
• 3.1.7 扩链剂对P（3HB-co-4HB）力学性能的影响
• 3.1.8 扩链剂对P（3HB-co-4HB）断面形态的影响
• 3.1.9 扩链剂对P（3HB-co-4HB）结晶形态的影响
• 3.1.10 扩链剂对P（3HB-co-4HB）维卡软化温度的影响
• 3.2 nano-MMT/P（3HB-co-4HB）复合体系性能的研究
• 3.2.1 nano-MMT对P（3HB-co-4HB）熔点的影响
• 3.2.2 nano-MMT对P（3HB-co-4HB）球晶形态的影响
• 3.2.3 nano-MMT对P（3HB-co-4HB）力学性能的影响
• 3.2.4 nano-MMT对P（3HB-co-4HB）断面形态的影响
• 3.2.5 nano-MMT对P（3HB-co-4HB）维卡软化温度的影响
• 3.3 IPDI对纳米复合材料P（3HB-co-4HB）改性研究
• 3.3.1 IPDI对纳米复合材料P（3HB-co-4HB）熔点的影响
• 3.3.2 IPDI对纳米复合材料P（3HB-co-4HB）力学性能的影响
• 3.3.3 IPDI对纳米复合材料P（3HB-co-4HB）球晶形态的影响
• 3.3.4 IPDI对纳米复合材料P（3HB-co-4HB）断面形态的影响
• 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