長鏈支化聚乳酸製備及其流變學與結晶動力學研究

《長鏈支化聚乳酸製備及其流變學與結晶動力學研究》是依託中國科學技術大學，由王志剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長鏈支化聚乳酸製備及其流變學與結晶動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王志剛
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項目以伽馬射線輻照法製備長鏈支化聚乳酸這一生物可降解性聚酯塑膠為出發點，研究輻照條件下長鏈支化聚乳酸形成的機理和可控制備，並以流變學方法結合凝膠滲透色譜和多角度雷射光散射法深入表征其支化鏈密度，支化鏈分布，支化鏈長度，分子量和分子量分布等鏈結構信息，以此為基礎，研究長鏈支化聚乳酸的熔體流變學特性，特別是拉伸流變學行為中的應變硬化機理，繼而以光學顯微鏡法和小角度X-射線散射或廣角度X-射線衍射法研究長鏈支化聚乳酸從熔體黏度顯著增強的熔融態中固化時的結晶動力學，結晶形態和聚集態結構演化過程，深入認識支化鏈對聚乳酸結晶成核的促進作用和對分子鏈擴散動力學的影響，在明確長鏈支化聚乳酸鏈結構，流變學特性和結晶動力學相互關係之後，對該模型聚合物體系進行力學性能測試，超臨界二氧化碳發泡以及熔體紡絲研究，期望製備高性能化的聚乳酸薄膜，發泡和纖維材料，為推動聚乳酸廣泛套用提供科學的指導。

結題摘要

在本基金項目支持下，我們對長鏈支化聚乳酸的製備及流變學行為和結晶動力學和結晶形態演變等進行了系統和深入的研究，取得了一系列的研究成果，圓滿完成了基金任務書中提出的研究目標。本項目重點研究點在於長鏈支化聚乳酸的製備及分子鏈拓撲結構的調控，流變學手段表征其獨特的鬆弛特性以及長鏈支化的引入所導致的在流變學、結晶動力學和結晶形貌上的顯著變化，進一步研究了長鏈支化聚乳酸的拉伸流變性和發泡性能。具體研究成果體現在如下若干方面。首先是線性聚乳酸的多層膜體系結晶動力學研究，通過在聚乳酸膜表面覆蓋一層如聚環氧乙烷等製備了多層膜體系，發現不僅結晶動力學比單層膜明顯加速，並且結晶形貌也會轉換為環帶球晶；可以通過選擇與聚乳酸不同相容性的多層膜體系來調控聚乳酸的結晶速率和結晶形貌；通過添加右旋聚乳酸引入立構複合晶研究了高溫下聚乳酸剪下結晶動力學，發現立構複合晶能顯著加速聚乳酸的結晶動力學，提高其成核密度。線性聚乳酸中加入聚乙二醇二丙烯酸酯可發生原位反應，自交聯的聚乙二醇二丙烯酸酯提高了其與聚乳酸基體的相容性，極大地提高了聚乳酸的韌性，為製備超韌型聚乳酸材料提供了基礎；通過線上性聚乳酸中加入三官能團單體並進行伽馬射線輻照，製備了一系列具有不同支化度的長鏈支化聚乳酸，以體積排除色譜配合流變學測試技術很好地表征了長鏈支化聚乳酸分子量分布的雙峰結構、兩種鬆弛模式和樹枝狀分子鏈結構；長鏈支化聚乳酸優良的拉伸流變性能使其發泡性能顯著提高；長鏈支化聚乳酸分子鏈能顯著加快聚乳酸的結晶動力學，靜態下支化點可充當成核劑角色，剪下條件下長鏈支化分子的長鬆弛時間能很好地避免分子鏈在剪下場取向後的快速鬆弛，產生從球晶到取向晶型的轉變。上述研究成果以14篇SCI論文分別發表於Macromolecules, ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Soft Matter, J. Phys. Chem. C, CrystEngComm, Ind Eng Chem Res等國際專業核心期刊。