聚乳酸/蒙脱土插层复合材料及聚乳酸超细电纺纤维制备

论文摘要

聚乳酸具有良好的生物相容性，生物降解性，并且降解产物无毒，无污染，是理想的绿色高分子材料。聚乳酸作为通用塑料存在性脆，强度不高；耐热性较差，加工时分子量大幅下降等缺陷。本文采用插层复合法制备了聚乳酸/蒙脱土插层复合材料有望改善这一现象。聚乳酸是组织工程支架的理想材料，静电纺丝法在制备支架材料是具有孔隙率高、孔径可调等优点。本文对聚乳酸超细电纺纤维工艺参数进行了研究。具体研究内容如下：1.对钙基蒙脱土进行钠化改型，有效的提高了蒙脱土的膨胀容和阳离子交换容量，并增大了蒙脱土的层间距。利用有机季铵盐CTAB对Na-MMT进行了有机改性，结果表明CTAB已经有效的吸附在蒙脱土片层间并扩大层间距。2.用硅烷偶联剂（KH-550），分别采用（a）直接交换法，（b）水解接枝法，（c）离子交换法对Na-MMT进行了改性研究，采用了XRD，FTIR，TG-DTG检测方法对产物进行了表征，结果表明，在三种改性方法中，离子交换法获得的产物层间距最大，硅烷分子在其中有着最大接枝率。3.采用熔融插层方法分别制备了MMT含量不同的PLA/C-MMT，PLA/K-MMT复合材料。XRD和TEM检测表明聚乳酸分子有效的进入MMT层间，在MMT含量较低时，MMT剥离程度较高；而MMT含量较高时，MMT以剥离-插层混合方式分散在基体中。MMT对聚乳酸分子链的自由运动进行限制提升了复合材料的Tg温度，MMT在聚乳酸基体内有异相成核作用使聚乳酸的熔融热焓升高。另外。MMT的片层较宽，起到了阻碍低聚物逸出和O2进入复合材料内部的作用，从而提高了复合材料在空气中的热稳定性。MMT大的长径比使其增强，增韧作用效果明显，随着MMT含量升高，复合材料的拉伸强度，弯曲强度，及模量均提升，断裂伸长率随MMT含量增加，先增大后减小。由于与聚乳酸的结合强度较好，K-MMT对比C-MMT，所制备的复合材料显示出了更好的热稳定性和力学性能。4.采用静电纺丝技术制备了聚乳酸超细纤维，实验发现采用不同溶剂所获纤维形貌有明显区别。研究了不同溶剂比例，纺丝液质量分数，纺丝电压，纺丝距离，针孔尺寸及MMT引入等参数对纤维形貌的影响，确定了本次试验的最佳纺丝参数为：选用二氯甲烷：DMF=2：1混合溶剂，溶液质量分数是8%，针孔尺寸Φ=0.5mm，纺丝液流速V=1.5ml/h，接收距离为16cm，纺丝电压为16.5KV。对所获纤维膜进行了力学性能和生物诱导性能研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 插层复合材料简介
• 1.2 蒙脱土的结构及性质
• 1.3 蒙脱土的有机化改性研究
• 1.3.1 长碳链有机阳离子作为改性剂
• 1.3.2 单体作为插层剂
• 1.3.3 引发剂作为插层剂
• 1.3.4 硅烷偶联剂作为插层剂
• 1.4 聚乳酸的性质及改性研究
• 1.4.1 聚乳酸的性质与应用
• 1.4.2 聚乳酸的改性研究
• 1.5 聚乳酸/层状硅酸盐纳米插层复合材料研究现状
• 1.5.1 PLA/OMLS 制备方法
• 1.5.2 PLA/OMLS 性能研究
• 1.6 静电纺丝简介
• 1.6.1 电纺丝的简介及发展历史
• 1.6.2 电纺丝的原理
• 1.6.3 电纺丝的影响因素
• 1.7 本课题的研究内容及其意义
• 第二章 蒙脱土钠化改型及有机化改性
• 2.1 实验
• 2.1.1 实验试剂与仪器
• 2.1.2 实验过程
• 2.1.3 检测方法
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 钙基蒙脱土的改型结果与分析
• 2.2.2 CTAB 改性蒙脱土结果与分析
• 2.2.3 硅烷偶联剂 KH550 改性实验结果与分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 聚乳酸/蒙脱土插层复合材料制备
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验过程
• 3.2 检测方法
• 3.2.1 广角 X-射线衍射（WXAD）
• 3.2.2 热重与差热（TG-DTA）分析
• 3.2.3 透射电镜（TEM）
• 3.2.4 力学强度测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD 检测结果及其分析
• 3.3.2 聚乳酸/蒙脱土插层复合材料微观结构
• 3.3.3 蒙脱土含量对 PLA/MMT 插层复合材料的热性能影响
• 3.3.4 蒙脱土含量对 PLA/MMT 插层复合材料力学性能影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚乳酸超细电纺纤维制备研究
• 4.1 实验
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验过程
• 4.2 检测方法
• 4.2.1 纺丝液粘度测试：
• 4.2.2 电纺纤维 SEM 分析
• 4.2.3 电纺纤维膜力学性能测试
• 4.2.4 电纺纤维膜生物诱导性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 溶剂对纤维形貌影响
• 4.3.2 纺丝液浓度对纤维支架形貌的影响
• 4.3.3 纺丝电压对纤维支架形貌的影响
• 4.3.4 纺丝距离对纤维的影响
• 4.3.5 纺丝液流速对纤维的影响
• 4.3.6 针孔尺寸对纤维的影响
• 4.3.7 MMT 对电纺丝的影响
• 4.3.8 PLA 电纺纤维膜的力学性能
• 4.3.9 PLA 电纺纤维膜的生物诱导性能
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表及待发表的学术论文目录