幾種生物降解高分子-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備、結(jié)晶行為與性能調(diào)控.pdf

1、作為環(huán)境友好型的高分子材料，生物降解高分子材料吸引了人們的廣泛關(guān)注。為了更有針對性地對其進(jìn)行性能的調(diào)控及設(shè)計，進(jìn)而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，本論文通過溶液揮發(fā)法制備了一系列生物降解高分子/籠形倍半硅氧烷(POSS)納米復(fù)合材料，并系統(tǒng)研究了不同種類的POSS對不同生物降解高分子基體的結(jié)晶行為、球晶形貌、球晶生長速率、力學(xué)性能、水解性能、熱穩(wěn)定性等方面的影響規(guī)律。主要工作如下:
　　1.制備了八乙烯基POSS(ovi-POSS)含量較少的聚丁

2、二酸乙二醇酯(PES)/ovi-POSS納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶了的ovi-POSS在含量為2wt％時仍可較好分散于PES基體中。Ovi-POSS促進(jìn)了PES的非等溫熔體結(jié)晶和等溫結(jié)晶過程，但并不影響PES基體的等溫結(jié)晶機理及結(jié)晶結(jié)構(gòu)。加入ovi-POSS后，PES球晶的成核密度明顯提升，但球晶生長速率沒有明顯變化，表明ovi-POSS起到了成核劑的作用。Ovi-POSS明顯提高了復(fù)合材料的楊氏模量及其在低溫區(qū)域的儲能模量，起到了增強填料

3、的作用。此外，ovi-POSS并未明顯影響PES基體的熱穩(wěn)定性。水解行為研究顯示，ovi-POSS加快了樣品的水解過程。
　　2.為了研究聚乙二醇POSS(PEG-POSS)在不同分子量PES基體中的相容性和相行為，及其對PES基體的結(jié)晶行為和性能的影響，首先制備了兩組低分子量PES和高分子量PES/PEG-POSS納米復(fù)合材料。低分子量PES/PEG-POSS體系是相容體系，PEG-POSS均勻分散于低分子量PES基體中，并促進(jìn)

4、其非等溫及等溫結(jié)晶行為，但并不改變其等溫結(jié)晶機理。PEG-POSS明顯提升了低分子量PES基體的球晶生長速率，進(jìn)而提升了樣品的等溫結(jié)晶速率，顯示了較強的增塑作用。另外，PEG-POSS并未影響低分子量PES基體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。熱穩(wěn)定性稍差的PEG-POSS略微降低了樣品的熱穩(wěn)定性，但并不影響樣品的熱加工過程。
　　與低分子量PES/PEG-POSS體系不同，高分子量PES與PEG-POSS為部分相容體系。PEG-POSS提升了高分子量

5、PES的鏈段運動能力，從而降低了復(fù)合材料的儲能模量。PEG-POSS促進(jìn)了PES的非等溫熔體結(jié)晶過程，并提升其等溫結(jié)晶速率。PEG-POSS明顯增大了PES基體的球晶生長速率，起到了較為顯著的增塑作用。PEG-POSS在一定程度上降低了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，但并不會影響樣品的熱加工過程。
　　3.將少量開籠結(jié)構(gòu)的三硅羥基異丁基POSS(tsib-POSS)加入左旋聚乳酸(PLLA)中制備了納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)升溫速率的加快能夠提升

6、復(fù)合材料的非等溫冷結(jié)晶峰值溫度。Tsib-POSS促進(jìn)了PLLA基體的非等溫冷結(jié)晶行為，而Tobin方程比Ozawa方程更好地描述了樣品的非等溫冷結(jié)晶過程。此外，tsib-POSS促進(jìn)了PLLA的等溫冷結(jié)晶、非等溫熔體結(jié)晶及等溫熔體結(jié)晶過程，但不改變其等溫冷結(jié)晶及熔體結(jié)晶機理。Tsib-POSS使復(fù)合材料的成核密度大于純PLLA，起到了成核劑的作用，但不改變PLLA基體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此外，tsib-POSS提升了復(fù)合材料的楊氏模量，起到了

7、增強作用，且并未明顯影響PLLA基體的熱穩(wěn)定性。水解行為研究發(fā)現(xiàn)tsib-POSS的加入促進(jìn)了PLLA的水解過程。
　　4.為了同時提升PLLA的結(jié)晶速率和斷裂伸長率，向其中加入PEG-POSS制備了納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)PLLA與PEG-POSS是相容的。PEG-POSS并未明顯影響PLLA的熱分解機理及熱穩(wěn)定性，但其較短的平臺區(qū)影響了復(fù)合材料的熱加工性。此外，PEG-POSS促進(jìn)了PLLA的非等溫冷結(jié)晶及熔體結(jié)晶行為，并促進(jìn)了PL

8、LA的等溫熔體結(jié)晶過程。加入PEG-POSS后，PLLA的成核密度略微增大，但其球晶生長速率明顯提升，表明PEG-POSS主要通過提升PLLA鏈段運動能力來促進(jìn)球晶生長，進(jìn)而增大等溫結(jié)晶速率。此外，PEG-POSS不改變PLLA的等溫結(jié)晶機理及結(jié)晶結(jié)構(gòu)。力學(xué)性能研究顯示，PEG-POSS在一定程度上提升了復(fù)合材料的斷裂伸長率，起到了增塑的作用，并較好地保持了純PLLA較高的楊氏模量。
　　本論文通過向生物降解高分子材料中引入幾種不