聚己內(nèi)酯-聚乳酸-納米粒子復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、聚己內(nèi)酯(PCL)與聚乳酸(PLA)是性能優(yōu)異且用途廣泛的生物可降解材料。由于性能上具有良好的互補(bǔ)性，因此將兩者熔融共混是制備高性能生物可降解材料的簡單易行的方法。然而兩者的熱力學(xué)不相容使其共混體系表現(xiàn)出宏觀相分離的結(jié)構(gòu)，因此改善不相容相形態(tài)對于提高共混物性能和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。除了傳統(tǒng)的增容手段外，加入剛性無機(jī)納米粒子也是一種能夠改善相形態(tài)的有效途徑。然而要控制和設(shè)計(jì)共混物的相形態(tài)，不同納米粒子在共混物中的選擇性分散及其影響

2、因素是首先要明確的問題。
　　 因此本論文首先通過熔融共混的方法制備了一系列不同組分比和粘度比的PCL/PLA不相容共混物，通過流變學(xué)和形貌表征的方法研究了界面張力和粘度比等因素對相形態(tài)的影響并確定了PCL發(fā)生相反轉(zhuǎn)的組成范圍，隨后同樣采用熔融共混的方法分別制備了粘土和碳納米管填充的三元復(fù)合體系，在明確了粘土和碳納米管的選擇性分散及其對體系相形態(tài)的影響基礎(chǔ)之上，利用兩種粒子的選擇性分散實(shí)現(xiàn)了共混物相形態(tài)的設(shè)計(jì)和控制，并進(jìn)一步探討

3、了選擇性分散的納米粒子對體系結(jié)晶等宏觀行為的影響。得到的結(jié)果如下：
　　 (1)PCL/PLA共混物為典型的熱力學(xué)不相容共混體系。采用流變學(xué)和表面接觸角測量計(jì)算得到的兩組分界面張力的結(jié)果處于同一數(shù)量級，約為1.0-2.5 mN·m-1；共混物的相行為依賴于組分間的粘度比：粘度比(η/PLA/ηPCL)為8.0、3.8和1.2的共混體系在相反轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了較明顯的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)；而不同粘度比的共混體系中PCL發(fā)生相反轉(zhuǎn)的組成范圍有所

4、差異：粘度比較高的體系PCL在含量高于50 wt％后才發(fā)生相反轉(zhuǎn)，而粘度比較低的體系PCL含量高于30 wt％即可發(fā)生相反轉(zhuǎn)；基于粘性的相反轉(zhuǎn)點(diǎn)預(yù)測模型由于缺乏對體系彈性及界面張力的考慮，不能很好的預(yù)測共混體系的理論相反轉(zhuǎn)點(diǎn)；
　　 (2)由于受到熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面因素的影響，粘土和碳納米管在PCL/PIA共混體系中表現(xiàn)出不同的選擇性分散現(xiàn)象：粘土主要分布在PLA相中，而碳納米管卻主要分布在PCL相中；其中，熱力學(xué)因素是造成粘

5、土選擇性分散的主導(dǎo)因素，因?yàn)檎惩练植荚赑LA相中時(shí)使得共混體系的界面張力降低；而碳納米管在PCL相中的分布卻是有悖于熱力學(xué)預(yù)測結(jié)果的，且改變粘度比、組分比和加工條件等動力學(xué)因素都無法改變碳納米管在PCL相中的選擇性分散，相關(guān)原因尚不清楚；
　　 (3)利用粘土和碳納米管不同的選擇性分散可對PCL/PLA共混物的相形態(tài)進(jìn)行控制和設(shè)計(jì)：在高粘度比、低PLA濃度的體系中加入粘土可得到雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混物；而加入碳納米管可將“海-島”結(jié)構(gòu)

6、共混物的分散相尺寸變得更加均勻；而對于具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混物來說，粘土和碳納米管都會促使雙連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為“海-島”結(jié)構(gòu)；這是因?yàn)榧{米粒子在分散相、連續(xù)相和界面上的選擇性分散改變了分散相破碎和凝聚的機(jī)理所致；且控制納米粒子的含量可進(jìn)一步控制共混物的相形態(tài)及分散相尺寸；
　　 (4)選擇性分布的納米粒子影響了共混物中PLA和PCL組分各自的結(jié)晶行為：就PLA組分結(jié)晶而言，分布于PLA相中的粘土對體系中PLA組分的等溫熔融結(jié)晶具有異相