聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)的改性及其纖維成形.pdf

1、聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)是一種生物高分子聚酯,它具有良好的生物相容性、生物降解性以及生物可吸收性,得到了國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。然而材料本身又具有一些缺點(diǎn),如結(jié)晶速率慢、結(jié)晶度高、熱穩(wěn)定性差、斷裂伸長(zhǎng)率低以及成型加工困難等,極大地限制了PHBV的應(yīng)用,因此研究PHBV材料的改性成為熱點(diǎn)。采用熔融紡絲法制備的PHBV纖維,存在著單絲發(fā)粘,單絲間粘連,纖維發(fā)脆和纖維強(qiáng)度低等缺點(diǎn),嚴(yán)重阻礙了PHBV纖維的實(shí)際應(yīng)用,而這些缺陷都是源

2、于PHBV材料本身的性質(zhì)決定的。
　　材料的熱穩(wěn)定性差導(dǎo)致其紡絲熔融過(guò)程中嚴(yán)重的熱降解,致使其分子量大幅度下降,從而影響了纖維強(qiáng)度等力學(xué)性能;而PHBV的結(jié)晶速率慢帶來(lái)了PHBV的初生纖維單絲間粘連和易發(fā)脆等問(wèn)題。為了改善PHBV的這些缺陷,提高其纖維性能,本論文欲通過(guò)提高紡絲用原材料PHBV的分子量以及提高經(jīng)熔融加工過(guò)程后PHBV保持具有的分子量,以滿足纖維物理機(jī)械性能的要求;通過(guò)在PHBV熔體中添加二氧化鈦(TiO2)和聚二氧

3、化碳(PPC)的物理共混,加快PHBV的結(jié)晶速率,從而很大程度降低了PHBV初生纖維的發(fā)粘、發(fā)脆問(wèn)題。這將對(duì)今后PHBV的熔融紡絲具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。為了提高紡絲用原材料PHBV的分子量,研究了PHBV的化學(xué)擴(kuò)鏈。首先采用聚己二酸異丁二酯(PMPA)和異佛爾酮-二異氰酸酯(IPDI)作為反應(yīng)原料,合成出了IPDI預(yù)聚體作為溶液擴(kuò)鏈法、固相聚合法和反應(yīng)性加工方法中使用的擴(kuò)鏈劑。然后運(yùn)用PHBV的溶液法和固相聚合法,進(jìn)行增加PHBV分子量的

4、探索性工作。結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于原來(lái)的PHBV存在分子量已較大和易熱降解等問(wèn)題,本探索工作中,通過(guò)溶液擴(kuò)鏈和固相聚合的方法并沒(méi)能有效提高PHBV的分子量。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上,采用反應(yīng)性加工方法對(duì)PHBV進(jìn)行了改性研究。結(jié)果表明,使用反應(yīng)性加工方法后,使得原本熔融過(guò)程中PHBV分子量大幅度下降的情況得到了改善,即PHBV的分子量在熱降解的同時(shí)又通過(guò)擴(kuò)鏈反應(yīng)得到了很大程度的恢復(fù)提高,這說(shuō)明在反應(yīng)性加工過(guò)程中,大分子的熱降解和擴(kuò)鏈?zhǔn)遣⒋?/p>

5、且競(jìng)爭(zhēng)。在本研究條件下,結(jié)果表明:通過(guò)反應(yīng)性加工的方法能提高經(jīng)熔融加工過(guò)程后PHBV保持具有的分子量。這將為PHBV的反應(yīng)性加工擠出、直接紡絲成形作理論準(zhǔn)備。同時(shí)也發(fā)現(xiàn),預(yù)聚體的加入,降低了PHBV的結(jié)晶速率和結(jié)晶度,而這對(duì)于改善PHBV的初生纖維發(fā)粘和發(fā)脆是不利的。為了改善PHBV初生纖維單絲發(fā)粘及單絲間粘連的缺點(diǎn),本文通過(guò)物理共混的方法,將TiO2粒子添加入PHBV材料中,通過(guò)研究PHBV/TiO2共混體系的結(jié)晶性能表明,TiO2的

6、加入起到了成核劑的作用,在PHBV基體中形成了以TiO2為晶核的許多PHBV球晶,這些球晶尺寸比未加入TiO2的要小。在模擬紡絲時(shí),明顯地降低了PHBV初生纖維發(fā)粘和單絲間粘連的現(xiàn)象,初生纖維也表現(xiàn)出一定的柔性和可拉伸性,并且明顯地減緩向脆性轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。通過(guò)不斷調(diào)節(jié)模擬紡絲的工藝條件,制得了具有一定物理機(jī)械性能的纖維。
　　上述PHBV與IPDI預(yù)聚體的反應(yīng)性加工和PHBV/TiO2共混體系的研究,為本課題下一步的PHBV/IPD