可生物降解聚碳酸亞丙酯及其熔融共混纖維的制備與改性.pdf

1、聚碳酸亞丙酯(PPC)是以二氧化碳為主要原材料合成的一種完全可生物降解的高分子聚合物，它的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用不僅可以在很大程度上緩解“白色污染”和“溫室效應(yīng)”兩大環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)還可以改善現(xiàn)今能源危機(jī)的現(xiàn)狀，因而成為科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。PPC具有優(yōu)異的生物相容性和阻氧性，且其分子鏈柔性高，制品的斷裂伸長(zhǎng)率較大。然而，由于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，力學(xué)性能較差，同時(shí)在熱加工過(guò)程中易發(fā)生降解，大大地限制了其應(yīng)用范圍。因此，對(duì)PPC進(jìn)行化學(xué)封端改性，

2、并借助其他可生物降解材料對(duì)其進(jìn)行熔融復(fù)合改性，是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的重要方法。同時(shí)，通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)PPC基共混纖維，進(jìn)而拓展PPC在纖維領(lǐng)域的應(yīng)用也具有十分重要的意義。
　　本論文的主要工作從增強(qiáng)PPC的加工、使用性能方面入手，采用乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物(ZeMac)對(duì)市售的PPC進(jìn)行封端改性處理。同時(shí)，將PPC與另一種可生物降解的高分子聚合物——聚乳酸(PLA)進(jìn)行熔融共混復(fù)合，制得PPC/PLA復(fù)合材料，并用ZeMac對(duì)PPC/P

3、LA復(fù)合體系進(jìn)行反應(yīng)性增容共混，制備了綜合性能較優(yōu)異的環(huán)境友好型PPC共混復(fù)合材料。通過(guò)熔融紡絲的方法制備了PPC共混纖維，為其大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)展了有益的探索，具體內(nèi)容如下:
　　1.在存在催化劑灰分的體系中，使用ZeMac對(duì)市售的PPC原料進(jìn)行熔融共混狀態(tài)下的封端擴(kuò)鏈處理，采用FTIR，DSC，TGA，SEM，拉伸測(cè)試等手段對(duì)共混物進(jìn)行表征，討論ZeMac對(duì)PPC的熱穩(wěn)定性，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:ZeMac可以與

4、PPC發(fā)生封端擴(kuò)鏈反應(yīng)，當(dāng)ZeMac添加量達(dá)到0.7％時(shí)，其分解5％的溫度(T5％)從157.4℃提高到253.8℃，使得加工溫度和加工時(shí)間窗口大幅拓寬，有效地提高了材料的耐熱性能;當(dāng)ZeMac添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1％時(shí)，拉伸強(qiáng)度由1.72MPa增加到12.56MPa，這歸結(jié)于ZeMac改性PPC時(shí)發(fā)生了擴(kuò)鏈作用并存在一些物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致材料的拉伸強(qiáng)度得到較大的改善。
　　2.通過(guò)Kissinger，F(xiàn)lynn-Wall-O

5、zawa，Costs-Redfern的方法對(duì)純PPC及ZeMac改性后的PPC分別進(jìn)行熱分解非等溫動(dòng)力學(xué)分析，推斷其可能的熱分解反應(yīng)機(jī)理函數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為其加工和使用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:在催化劑的作用下，純PPC的端羥基在較低溫度時(shí)易發(fā)生“解拉鏈?zhǔn)健苯到夥磻?yīng)，端羥基進(jìn)行回咬，形成一個(gè)五元環(huán)，作為第一失重階段，而催化劑對(duì)無(wú)規(guī)斷裂沒(méi)有催化作用，溫度較高時(shí)PPC才會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)斷裂，作為第二失重階段。經(jīng)過(guò)ZeMac改性的PPC，端羥基發(fā)生了

6、封端反應(yīng)，無(wú)法進(jìn)行羥基回咬生成五元環(huán)，所以只有一個(gè)無(wú)規(guī)斷裂降解的失重階段。純PPC的熱降解活化能為89.36kJ·mol-1，而經(jīng)ZeMac改性后的PPC的熱降解活化能增加為165.52kJ·mol-1。
　　3.通過(guò)與PLA進(jìn)行熔融共混復(fù)合，成功制備了不同比例的PPC/PLA復(fù)合材料，用FTIR、DSC、TGA、SEM、拉伸測(cè)試等手段對(duì)共混物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:PLA可有效提高純PPC的力學(xué)性能，顯著改善純PPC的熱穩(wěn)定性，同

7、時(shí)PLA與PPC有一定的相容性，為部分相容體系。
　　4.為了進(jìn)一步提高PPC與PLA的界面作用力，在PPC與PLA熔融復(fù)合時(shí)同時(shí)加入ZeMac，進(jìn)行反應(yīng)性共混改性，采用FTIR、DSC、TGA、SEM、拉伸測(cè)試等手段對(duì)共混物進(jìn)行了表征。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上制備了PPC基共混纖維，并對(duì)其力學(xué)性能和降解性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:ZeMac可作兩相間的架橋劑使PPC與PLA發(fā)生接枝作用，增強(qiáng)了PPC與PLA相之間的界面粘結(jié)力，提高了相容性