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，它的開發(fā)與應用不僅可以在很大程度上緩解“白色污染”和“溫室效應”兩大環(huán)境問題，同時還可以改善現(xiàn)今能源危機的現(xiàn)狀，因而成為科學研究和實際應用的熱點。PPC具有優(yōu)異的生物相容性和阻氧性，且其分子鏈柔性高，制品的斷裂伸長率較大。然而，由于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，力學性能較差，同時在熱加工過程中易發(fā)生降解，大大地限制了其應用范圍。因此，對PPC進行化學封端改性，

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

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

4、PPC發(fā)生封端擴鏈反應，當ZeMac添加量達到0.7％時，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間窗口大幅拓寬，有效地提高了材料的耐熱性能;當ZeMac添加量的質(zhì)量分數(shù)達到1％時，拉伸強度由1.72MPa增加到12.56MPa，這歸結于ZeMac改性PPC時發(fā)生了擴鏈作用并存在一些物理交聯(lián)結構，從而導致材料的拉伸強度得到較大的改善。
　　2.通過Kissinger，F(xiàn)lynn-Wall-O

5、zawa，Costs-Redfern的方法對純PPC及ZeMac改性后的PPC分別進行熱分解非等溫動力學分析，推斷其可能的熱分解反應機理函數(shù)、動力學參數(shù)，為其加工和使用提供理論依據(jù)。結果表明:在催化劑的作用下，純PPC的端羥基在較低溫度時易發(fā)生“解拉鏈式”降解反應，端羥基進行回咬，形成一個五元環(huán)，作為第一失重階段，而催化劑對無規(guī)斷裂沒有催化作用，溫度較高時PPC才會發(fā)生無規(guī)斷裂，作為第二失重階段。經(jīng)過ZeMac改性的PPC，端羥基發(fā)生了

6、封端反應，無法進行羥基回咬生成五元環(huán)，所以只有一個無規(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.通過與PLA進行熔融共混復合，成功制備了不同比例的PPC/PLA復合材料，用FTIR、DSC、TGA、SEM、拉伸測試等手段對共混物進行了表征。結果表明:PLA可有效提高純PPC的力學性能，顯著改善純PPC的熱穩(wěn)定性，同

7、時PLA與PPC有一定的相容性，為部分相容體系。
　　4.為了進一步提高PPC與PLA的界面作用力，在PPC與PLA熔融復合時同時加入ZeMac，進行反應性共混改性，采用FTIR、DSC、TGA、SEM、拉伸測試等手段對共混物進行了表征。同時，在此基礎上制備了PPC基共混纖維，并對其力學性能和降解性能進行了研究。結果表明:ZeMac可作兩相間的架橋劑使PPC與PLA發(fā)生接枝作用，增強了PPC與PLA相之間的界面粘結力，提高了相容性