乙烯基单体共聚物接枝聚酯及其增韧改性聚乳酸的研究

作     者：蒋苏臣 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋晓峰

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070305[理学-高分子化学与物理] 0703[理学-化学] 

主      题：聚乳酸 聚己内酯 乙烯基单体 增韧 溶液流延 静电纺丝 

摘      要：聚乳酸(PLA)是近年来研究最为广泛的生物可降解材料,但其与生俱来的脆性严重限制了它的进一步应用。为了扩展PLA的应用范围,就有必要对其柔韧性进行改进。而乙烯基共聚物的主链为柔性的碳链,预计与PLA共混后可以给其带来良好的增韧效果。本研究中合成了一系列乙烯基单体共聚物大分子,并利用其侧链上的活性羟基接枝一定长度的聚己内酯(PCL)来促进乙烯基共聚物与PLLA共混时的相容性。为了找出具有最佳增韧效果的增韧剂,通过控制主链结构及分子量而合成了大量不同产物,另外采用溶液流延法和高压静电纺丝方法制备了具有不同应用价值的薄膜。最终详细讨论了不同影响因素对薄膜增韧效果的影响。结合自由基聚合与逐步开环聚合方法合成了聚己内酯接枝聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸羟乙酯)(PCL-PMH)及聚己内酯接枝聚(甲基丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸羟乙酯)(PCL-PBH),并通过红外光谱和核磁共振氢谱证明了产物的结构。采用不同主链结构的PCL-PBH与PLLA共混制备塑料薄膜。结果表明,PCLPBH和PLLA的混溶性与PCL分支密度及其混合比有关。在BMA/HEMA的摩尔比率高于7.66/1或混合比例超过5%时,PCL-PBH将作为异相晶核促进PLLA基质的结晶。当摩尔比为1.28/1而混合比为10%时,PCL-PBH和PLLA之间可以形成良好的界面附着力,此时所得的薄膜具有最好的断裂的伸长率和拉伸强度,分别为110.30%和38.75 MPa。而降解测试表明添加了增韧剂的共混膜在不同酸碱环境中的稳定性均好于纯PLLA膜,可作为包装材料投入使用。这部分工作提供了一种新的聚乳酸增韧路线。对比了两种产物在塑料薄膜中的效果差异后,选择性能更佳的PCL-PMH与PLLA共混制备静电纺丝纤维膜。在这一过程中不仅考察了主链结构的影响,也同时考察了主链分子量的影响。采用不同共混比例制备一系列静电纺丝纤维膜,最终发现纤维的直径与共混比相关,而大分子聚集状态与PCL-PMH的共混比、分子结构和分子量都密切相关。只有当PCL-PMH与PLLA形成良好的界面粘合时,PMH主链才能充分发挥其增强纤维膜的潜力。最终所得的纤维膜拉伸强度与断裂伸长率分别为6.20MPa和63.40%,具有韧性材料的拉伸特点。共混纤维膜与纯PLLA纤维膜一样没有细胞毒性,这为其在组织工程中的应用提供可行性。为了拓展增韧聚乳酸的应用范围,又尝试引入了几种新的功能性乙烯基单体,通过调整合成路线,成功地获得了预期的共聚结构。