聚乳酸/笼型倍半硅氧烷纳米复合材料的制备与性能研究

论文摘要

笼型倍半硅氧烷（POSS）由于其独特的有机.无机杂化结构引起了人们的广泛关注,通过物理和化学方法将POSS引入传统的聚合物基体被广泛的报道,可使高分子材料高性能和多功能化。而通过物理方法采用POSS来改善生物降解高分子材料性能的研究还较少,本课题以生物降解材料聚乳酸（PLLA）为基体,分别通过溶液挥发和溶液沉淀的方法将其与POSS复合,并对复合材料的结构与性能之间的关系进行了深入探讨,以拓宽PLLA的应用领域。主要工作如下：1.通过溶液挥发法制备了PLLA和5wt%含量POSS的复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）研究了POSS在PLLA中的分散性和形态,发现POSS能很好的分散在PLLA基体中,分别通过差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）、X-光衍射（WAXD）和动态力学（DMA）来研究POSS的加入对PLLA的结晶、结晶结构及力学性能的影响。结果发现,POSS的加入提高了PLLA的结晶速率、增强了力学性能,但是结晶机理并没有改变。碱性条件下的水解结果表明,POSS的加入提高了PLLA的水解速率。2. POSS在基体中的分散直接影响了PLLA的性能,为了使POSS更好的分散在PLLA基体中,通过溶液沉淀法制备了不同含量POSS的纳米复合材料,SEM及DSC的结果均表明,和溶液挥发相比较,溶液沉淀法有效的抑制了POSS的团聚。SEM结果表明不同含量的POSS均能在基体中均一的分散。POSS的加入提高了PLLA的结晶速率,并且随着POSS含量的增加,PLLA结晶速率提高的也愈明显,但是结晶机理和结晶结构均没有发生改变。在整个测试温度范围内POSS能够显著的提高PLLA基体的储能模量,但并没有改变PLLA的玻璃化转变温度。深入的研究了PLLA及其复合材料在37℃碱性溶液环境下的水解过程,结果表明,PLLA及其复合材料均呈现线性速率降解,在整个降解过程中PLLA的重均分子量没有发生明显变化,SEM对水解样条的表面和断面的研究发现,水解过程中样品的厚度在不断地变薄,样品表面逐渐变粗糙,综合推断出PLLA及其复合材料在此条件下遵循的机理是表面降解,随着POSS含量的增加,PLLA的水解速率也呈现递增的趋势,对聚乳酸的广泛应用有深远的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物降解高分子材料的概述
• 1.2 POSS的发现、制备及性能
• 1.2.1 POSS的发现与制备
• 1.2.2 POSS的结构与性能
• 1.3 聚合物/POSS复合材料的发展
• 1.3.1 聚合物/POSS复合材料的制备方法
• 1.3.2 聚合物/POSS复合材料的形态、结构和性能
• 1.4 生物降解聚酯/笼型倍半硅氧烷复合材料的研究进展
• 1.5 本论文研究目的
• 1.6 参考文献
• 第二章 溶液挥发法制备的PLLA/POSS纳米复合材料的结晶行为与性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 样品来源
• 2.2.2 复合材料制备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 POSS在PLLA基体中的分散性
• 2.3.2 PLLA/POSS纳米复合材料的结晶结构
• 2.3.3 PLLA/POSS纳米复合材料的结晶行为研究
• 2.3.4 PLLA/POSS纳米复合材料的结晶形态
• 2.3.5 PLLA/POSS纳米复合材料的力学性能
• 2.3.6 PLLA/POSS纳米复合材料的降解行为研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 溶液沉淀法制备的PLLA/POSS纳米复合材料的结晶行为和性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品来源
• 3.2.2 复合材料制备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 POSS在PLLA基体中的分散性
• 3.3.2 PLLA/POSS纳米复合材料的等温结晶行为研究
• 3.3.3 PLLA/POSS纳米复合材料的结晶形态
• 3.3.4 PLLA/POSS纳米复合材料的结晶结构
• 3.3.5 PLLA/POSS纳米复合材料的力学性能
• 3.3.6 PLLA/POSS纳米复合材料的降解行为研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 第五章 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书