聚丁二酸丁二醇酯增韌聚乳酸的形態(tài)與性能

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)增韌聚乳酸(PLA)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和加學(xué)性能

方捷（06高分子材料）指導(dǎo)老師：肖漢文2023/3/61FacultyofMaterialsScience&Engineering研究背景與意義試樣制備測試與表征結(jié)論與展望本論文的基本內(nèi)容2023/3/62FacultyofMaterialsScience&Engineering研究背景與意義

2023/3/63FacultyofMaterialsScience&Engineering

近些年，隨著能源危機(jī)，石油危機(jī)的出現(xiàn)，由合成路線開發(fā)的新產(chǎn)品逐漸減少，更大的注意力朝著高性能、低成本、再生性資源、安全無毒、環(huán)?；矫姘l(fā)展。隨著資源的日益緊張和人們對環(huán)保問題的日益關(guān)注，以天然素材為原料合成新型材料已經(jīng)成為材料科學(xué)一個新的發(fā)展方向，其中最具有代表性的新型生物材料——聚乳酸及其共聚物的研究。

聚乳酸（polylactide簡稱PLA）及其共聚物是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解的合成高分子材料。它具有無毒、無刺激性、強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、易加工成型、易被子自然界中的多種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解，最終形成二氧化碳和水，對環(huán)境影響不大，因而被認(rèn)為最的前途的生物可降解材料。研究背景與意義2023/3/64FacultyofMaterialsScience&Engineering雖然聚乳酸纖維或包裝材料應(yīng)用在農(nóng)業(yè)及日常生活中，可解決“白色污染”問題，滿足環(huán)保方面的要求，但是，PLA質(zhì)硬、韌性較差，缺乏柔性，極易彎曲變形，結(jié)晶度較高，降解速度不能控制，不含反應(yīng)功能基團(tuán)和親水基團(tuán)，不能通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，急需通過改性的方法使其性能得到改善。對聚乳酸改性的方法有物理改性和化學(xué)改性。物理改性主要是機(jī)械共混（加入助劑或是其它組分）、復(fù)合，化學(xué)改性有共聚、分子修飾等。改性后的聚乳酸降解性能、親水性、反應(yīng)功能性及力學(xué)性能等得到一定的改善，且不影響其生物相容性，從而更好的滿足實(shí)用要求。2023/3/65FacultyofMaterialsScience&Engineering

生物相容性增塑劑增塑改性使聚乳酸大分子鏈的柔性提高，可以改善聚乳酸的韌性、耐沖擊等力學(xué)性能。聚乳酸與聚己內(nèi)酯（PCL）、聚羥基乙酸（PGA）、聚（β-羥基丁酸酯）（PHB）聚乙二醇（PEG）熱塑性淀粉等生物降解高分子以及聚氨醋聚乙烯等非生物降解材料經(jīng)共混改性可在一定程度上改善其脆性，提高機(jī)械性能，但性能的提非常有限，添加兩相共聚物作為增容劑可提高形態(tài)穩(wěn)定性，增加界面粘接力，共混后可得到較好機(jī)械性能的共混物。共聚改性及分子修飾效果雖然比較好，但是這些大多能在反應(yīng)釜里進(jìn)行，不適合在加工過程處理。本設(shè)計以PBS增韌聚乳酸，采用物理改性中的共混對其進(jìn)行改性。2023/3/66PolymerMaterialsScience&Engineering試驗(yàn)流程圖2023/3/67PolymerMaterialsScience&Engineering試驗(yàn)流程圖球晶觀測X-ray共混粉碎平板硫化機(jī)硫化片狀型材萬能制樣機(jī)萬能制樣機(jī)、缺口制樣機(jī)拉伸樣條板狀型材薄膜沖擊樣條形態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能沖擊試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)2023/3/68FacultyofMaterialsScience&Engineering將PBS和PLA按右圖配方準(zhǔn)確稱量后，放入哈克流變儀(可用密練機(jī)代替）反應(yīng)器中共混。儀器參數(shù)分別為：反應(yīng)溫度：185℃轉(zhuǎn)速：90r/min反應(yīng)時間：4min共混2023/3/69FacultyofMaterialsScience&Engineering偏光測試2023/3/610FacultyofMaterialsScience&Engineering

根據(jù)聚合物晶體具有雙折射性質(zhì),我們采用偏光顯微鏡來觀察球晶的結(jié)構(gòu).一、實(shí)驗(yàn)原理

高聚物自熔體冷卻結(jié)晶后，成為光學(xué)各向異性體，當(dāng)光線通過它時，就會分解為振動平面互相垂直的兩束光，它們的傳播速度除光軸方向外，一般是不相等的，于是就產(chǎn)生兩條折射率不同的光線.

當(dāng)結(jié)晶體的振動方向與上、下偏光鏡振動方向不一致時，視野明亮，就可以觀察到晶體，利用這一原理,我們可以在正交偏光鏡間觀察到球晶的形態(tài)，大小，數(shù)目及光性符號等。

實(shí)驗(yàn)原理演示如下:2023/3/611FacultyofMaterialsScience&Engineering2023/3/612FacultyofMaterialsScience&Engineering分析

α是晶片內(nèi)振動方向與起偏鏡振動方向的夾角，振動載物臺可以改變α;

當(dāng)α=π/4，3π/4，5π/4，7π/5，…時，I最大,光的強(qiáng)度最大，視野最亮；

當(dāng)α=0,π/2，π，3π/2，…時，I=0，視野全黑。

在正交偏光鏡下，晶體切面上的光的振動方向與A-A，P-P平行或近于平行，將產(chǎn)生消光或近于消光，故形成分別平行于A-A，P-P的兩個黑帶（消光影），它們互相正交而構(gòu)成黑十字,見圖2;

2023/3/613FacultyofMaterialsScience&Engineering

圖2聚乙烯球晶的偏光顯微鏡照片

圖3帶消光同心圓環(huán)的聚乙烯球晶偏光顯微鏡的照片

用偏光顯微鏡觀察聚合物球晶，在一定條件下，球晶呈現(xiàn)出更復(fù)雜的環(huán)狀圖案，即在特征的黑十字消光圖象上還重疊著明暗相間的消光同性圓環(huán),這可能是晶片周期性扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的,見圖3。

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PLA&PBS（90：10）共混球晶

2023/3/614FacultyofMaterialsScience&Engineering二、儀器與試劑儀器:偏光顯微鏡熔融裝置結(jié)晶裝置鑷子載玻片蓋玻片剪刀試劑:已制備的薄膜樣品2023/3/615FacultyofMaterialsScience&Engineering三、實(shí)驗(yàn)步驟1、開啟電腦和OLYMPS儀器，聯(lián)機(jī)；2、將剪好的樣品放到電爐上的載玻片上；3、以45°斜角蓋上另一片載玻片，設(shè)置溫度，在樣品熔融時將薄膜壓薄;4、選擇合適放大倍數(shù)的目鏡與物鏡，調(diào)好顯微鏡;5、記錄所需數(shù)據(jù).

實(shí)驗(yàn)演示如下:2023/3/616FacultyofMaterialsScience&Engineering樣品薄膜偏光顯微鏡觀察顯微鏡下球晶的形態(tài)并估算其半徑以45°斜角蓋上另外一片載玻片，熔融后將薄膜盡量壓薄載玻片電熱爐Lenovo2023/3/617FacultyofMaterialsScience&Engineering四、結(jié)果1、畫出用偏光顯微鏡所觀察到的球晶形態(tài)示意圖。2、將記錄的格數(shù)乘以mm/格（已經(jīng)顯微尺標(biāo)定）,計算球晶直徑。2023/3/618FacultyofMaterialsScience&Engineering力學(xué)性能2023/3/619PolymerMaterialsScience&Engineering拉伸測試2023/3/620Facultyof