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聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)是一种生物高分子聚酯,它具有良好的生物相容性、生物降解和生物可吸收性,然而由于材料本身的缺点,如结晶速率慢、结晶度高、热稳定性差、断裂伸长率低以及成型加工困难等,极大地限制了PHBV的应用,因此研究PHBV材料与其他材料的共混成为热点。
本文使用纳米无机粒子以及一种生物降解性共聚酯分别作为共混添加剂,在研究了共混体系的热性能、结晶性能、流变行为等基础上,又对共混体系的可纺性能进行了研究,并提出了优化PHBV纺丝性能的工艺条件,在实验室成功制备了具有一定力学性能并满足后加工的PHBV纤维。
首先,我们对共混体系的基本性能进行了研究,结果表明:适量的纳米无机粒子的加入充当了成核剂的作用,由于表面自由能的降低,它加快了PHBV的结晶速率,提高了其结晶能力,由于晶体的完善而使得其熔点提高。在对其晶态结构和结晶动力学的研究中发现,添加剂的含量改变未能对共混体系的成核机理、生长方式和点阵参数及晶粒尺寸产生明显的影响,只能够对共混体系的结晶度发生改变,而大量的成核剂对共混体系的结晶行为作用不显著或起到了抑制作用。对其在熔体中的分散性和样条的力学性能的分析也表明,纳米粒子在其中分散均匀,提高了PHBV的拉伸性能,使PHBV由原来的脆性向韧性转变。而加入有机共聚物时,由于其无定形态稀释了PHBV的晶核,通过偏光显微镜观测,PHBV的球晶生长在很大程度上受到了抑制或被破坏,结晶度非常小,由红外光谱也表明两种物质间发生了分子间氢键作用,增强了相容性。
接下来对共混体系的流动性能进行了测试,从结果中发现,纳米粒子和有机物的加入都能增加PHBV的表观粘度,扩大PHBV的温度可加工窗口。但是在PHBV/SiO2共混体系中,在高剪切长时间作用下依然会发生降解,改性效果并不理想。而加入有机共聚酯的体系的表观粘度对温度的变化不敏感,因此,PHBV的温度可加工窗口能够在几十度之内,且在所研究的条件下均未出现降解。
最后,将共混体系进行可纺性能的研究,研究结果表明无机纳米粒子虽能在一定程度上改善PHBV纺丝性能的缺点,但是由于得到的共混纤维的力学强度仍不能满足我们的需求,同时加工条件还比较苛刻,因此其对PHBV的可纺性能的改善很有限;而有机共聚物的加入,使得纤维的纺制变得可行,通过对一系列纺丝工艺条件的调整及优化,在实验室可以连续地生产具有较好力学性能的,能够满足纺织后加工的PHBV纤维,进而为PHBV在纤维上的应用拓展了道路。