生物降解高分子-多壁碳納米管納米復(fù)合材料的形態(tài)、結(jié)晶行為與性能.pdf

1、生物降解高分子聚乳酸(PLLA)、丁二酸-碳酸-丁二醇酯無規(guī)共聚物(PEC)和聚己二酸丁二醇酯(PBA)都具有良好的生物相容性及環(huán)境友好性，并且均已突破相關(guān)技術(shù)瓶頸正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化工作，但是由于其自身的弱點(diǎn)使其實際應(yīng)用面臨著諸多問題，而制備生物降解高分子納米復(fù)合材料則是一種有效的解決方法。本課題選用羧基化的多壁碳納米管(f-MWCNTs)作為填充物，PLLA、PEC和PBA三種生物降解高分子為基體，以溶液超聲法分別制備了不同f-MWCNT

2、s含量的納米復(fù)合材料，深入研究了其形態(tài)、結(jié)晶行為和力學(xué)性能，從而調(diào)控其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，達(dá)到改善性能和拓展應(yīng)用領(lǐng)域的目的。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.在前期研究工作的基礎(chǔ)上，通過差示量熱掃描儀(DSC)重點(diǎn)研究了f-MWCNTs的含量對PLLA冷結(jié)晶行為的影響規(guī)律。采用Avrami方程對純PLLA及其復(fù)合材料的等溫冷結(jié)晶動力學(xué)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明所有樣品的等溫冷結(jié)晶速率都隨著結(jié)晶溫度的提高而提高;在同一結(jié)晶溫度下，復(fù)合材料的等

3、溫冷結(jié)晶速率高于純PLLA，且隨著f-MWCNTs含量的提高而提高，但結(jié)晶機(jī)理沒有改變。不同升溫速率下的非等溫冷結(jié)晶行為研究揭示:一方面，隨著升溫速率的提高，純PLLA及其復(fù)合材料的冷結(jié)晶峰均向高溫區(qū)域移動，且結(jié)晶速率提高;另一方面，f-MWCNTs的加入也提高了PLLA的冷結(jié)晶速率，且升幅與其含量有關(guān)。此外，通過Kissinger和Friedman方程獲得了純PLLA及其復(fù)合材料的冷結(jié)晶活化能，結(jié)果顯示納米復(fù)合材料的活化能高于純PLL

4、A。
　　 2.采用溶液超聲法制備了較低f-MWCNTs含量的PEC/f-MWCNTs復(fù)合材料。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)f-MWCNTs在PEC基體中均勻分散。通過DSC和熱臺偏光顯微鏡(POM)研究了純PEC及其復(fù)合材料的非等溫熔體結(jié)晶行為、等溫熔體結(jié)晶動力學(xué)和球晶形態(tài)。在復(fù)合材料中，f-MWCNTs對PEC的結(jié)晶和形態(tài)起到明顯的異相成核作用，并且使PEC的等溫熔體結(jié)晶速率顯著提高，但沒有改變其結(jié)晶機(jī)理。此外，動態(tài)力學(xué)

5、分析(DMA)結(jié)果表明，相較于純PEC，復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能得到改善。僅1wt％f-MWCNTs的加入就使得PEC在-60℃時的儲能模量提高了30％左右;同時，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度略有增加。
　　 3.通過溶液超聲法制備了PBA/f-MWCNTs復(fù)合材料。以DSC、POM和廣角X射線衍射(WAXD)等研究手段對純PBA及其復(fù)合材料的結(jié)晶行為進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。PBA可以在不同條件下結(jié)晶生成α-或β-兩種晶型。相對于β晶型，

6、α晶型具有更穩(wěn)定的熱力學(xué)性質(zhì)和更快的生物降解速率，但在非等溫熔體結(jié)晶過程中，α晶型只能在相對較低的冷卻速率下形成。本工作將少量的f-MWCNTs加入到PBA基體中，以調(diào)控其多晶型結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)PBA不同晶型的生成受冷卻速率和f-MWCNTs含量的雙重影響。f-MWCNTs可誘導(dǎo)PBA在較高冷卻速率下生成α晶型。這為調(diào)控PBA的多晶型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善生物降解速率并促進(jìn)其實際應(yīng)用提供了一個有效的方法。此外，由于f-MWCNTs的異相成核作用，