聚左旋乳酸%2F聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变
聚乳酸的共混改性研究进展

11 P A 完 全生 物 降解 共 混 体 系 . L 组 成 共 混体 系 的另 一 组 分 是 完 全 生 物 降 解 的 高分 子 。
科 技信 息
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S INC CE E& T C N LO YIF ATO E H O G O M IN N
21 0 0年
第 1 期 1
聚乳酸的共 混改性研究进展
邰燕 芳 吴景 梅 周 丽
( 蚌埠 学院应 用化 学与 环境 工程 系 安徽 蚌埠
【 摘 【 关键 词 】 乳 酸 ; 性 ; 混 聚 改 共
【 b tatT i p pr eiw h e ea sut n fbedn o ict npoesso oy(at cd, das rvddapopc rte A s c]hs a e v s egnrl i ai so ln igm df ai rcse f l 1ci ai) n lopoie rsetf r r e t t o i o p c a o h
将 聚乳酸共混体系分为完全 生物降解体系 和部分生物降解体 系两大 璃 化 转 变 温 度 逐 渐 增 加 , 而 P h的玻 璃 化转 变 温 度 几 乎 没 有 变 化 。 VP
类。
从 F I 结果 表 明 . 分 之 间 没 有 形 成 氢 键 缔 合 , TR 组 只形 成 了 P h分 子 VP 自身 的缔 合 作 用 。 1 . P AP A ( 醋 酸 乙 烯 酯 ) 混 体 系 .2 L / V c 聚 2 共
1 聚乳 酸 的 共 混 改 性
共 混 改 性 主 要 指通 过 选 择 合 适 的共 混 组 分 , 节 两 组 分之 间 的 配 共 混 . P P 调 在 V h含 量 小 于 2 %时 , 混 体 系 表 现 为 单 一 的 玻 璃 化 转 变 O 共 比 ,改 善 组 分 的 相 容性 以及 采 用 不 同 的材 料 成 型加 工 方 法 等 手段 , 可 温 度 , 体 系 是 相 容 的 。在 P P 此 V h更 高 含量 时 , 混 体 系 是 不 相 容 的 , 共 以 获得 满 足 各 类 要 求 的新 型材 料 。依 据 共 混 组 分 的生 物 降解 性 , 以 出 现 了 两 个 玻璃 化 转 变 温 度 。 且 随 着 P P 可 V h含 量 的增 加 ,D L 的玻 PLA
聚乳酸纤维的结构与性能

聚乳酸纤维的结构与性能一、概述聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维,它可从谷物中取得。
其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水,燃烧时,不会散发毒气,不会造成污染。
是一种可持续发展的生态纤维。
”1.乳酸纤维的发展概况聚乳酸纤维的研究历史可追溯到上世纪30年代,其发明报道可追溯到50年代,杜帮公司最早测定了聚乳酸酯的分子量,60年代以后,各国科技工作者对此作了广泛的研究,日本以玉米为原料开发了新型聚乳酸纤维,90年代后期,美国两家大公司联合开发了聚乳酸纤维,它们以玉米为原料,首先建设了生产能力很大的试验工厂,完善了现代化生产高分子聚乳酸的生产工艺,开创了聚乳酸酯的工业化发展阶段。
日本钟纺、仓敷公司、香港的福田实业公司、日本的东丽公司和台湾的远纺公司等先后开发研制了聚乳酸纤维。
2002年上海华源股份有限公司开始与美国CDP公司合作,成为国内第一家实现工业化开发聚乳酸产品的化纤企业。
二、聚乳酸(P LA)纤维制备<1> 乳酸的制取合成聚乳酸的单体是乳酸,乳酸的生产可分为:1发酵法是采用玉米、小麦、稻谷和木薯等含淀粉农作物为原料,从原料中提取淀粉,经淀粉酶分解得到葡萄糖等单糖,再加入纯乳酸菌和碳酸钙进行发酵。
发酵液用石灰乳中和至微碱性,煮沸杀菌,冷却后过滤,用热水重结晶。
再加入50%的硫酸分解出乳酸和硫酸钙沉淀。
滤出硫酸钙,滤液在减压下蒸发浓缩,即得到工业用乳酸。
2.石油合成法由于发酵法原料来源广泛,原料的利用率和转化率较高,大多数生产商采用此法进行生产。
<2> 聚乳酸树脂的制取乳酸的聚合是PLA 生产的一项核心技术。
近年来国内外对乳酸的聚合工艺作了不少研究,目前聚乳酸的制造方法有两种:一种是直接聚合,即在高真空和高温条件下用溶剂去除凝结水,将精制的乳酸直接聚合(缩合)成聚乳酸树脂,可以生产较低分子量的聚合体。
此方法工艺流程短,成本低,对环境污染小,但制得的PLA 平均分子量较小,强度低,不能用作塑料和纤维加工,用途不广,不适合大规模工业化生产。
plla聚左旋乳酸工艺流程

plla聚左旋乳酸工艺流程
Plla聚左旋乳酸工艺流程包括以下步骤:
1. 原料准备:准备聚左旋乳酸(PLLA)原料,通常为无色固
体且易分散。
2. 溶解:将PLLA原料溶解在相应的溶剂中,常用溶剂有氯仿、二氯甲烷、氯苯等。
在溶解过程中可以加入一定量的助溶剂或增塑剂。
3. 过滤:将溶解的PLLA溶液通过滤纸或滤膜进行过滤,去除杂质和颗粒。
4. 凝固:将过滤后的PLLA溶液倒入凝固模具中,然后通过降温或溶剂挥发等方式使其凝固。
凝固温度和时间根据具体要求进行控制。
5. 拉伸:将凝固后的PLLA薄膜或片状产品放入拉伸机中进行拉伸处理。
通过拉伸可以改变产品的物理性能和形状。
6. 干燥:将拉伸后的PLLA产品在干燥设备中进行干燥处理,去除残留的溶剂和水分。
7. 分切:将干燥后的PLLA产品进行分切,得到最终的PLLA
片状或纤维状产品。
8. 包装:对PLLA产品进行包装,以保证产品质量和保存期限。
需要注意的是,PLLA聚左旋乳酸的工艺流程可以根据具体需求和生产设备的不同而有所调整。
以上步骤仅为一种常见的工艺流程,具体操作要根据实际情况进行调整。
plla聚左旋乳酸特点

plla聚左旋乳酸特点聚左旋乳酸(Poly-L-lactic acid,简称PLLA)是一种生物可降解的合成聚合物,它具有许多独特的特点和应用领域。
在本文中,我们将详细介绍PLLA的特点,并对其在医学、化妆品和材料科学等领域的应用进行扩展描述。
1. 特点:1.1 生物可降解性:PLLA是一种生物可降解的聚合物,可以在体内被酶类降解为天然氨基酸,最终由体内的代谢途径排出。
这种特性使得PLLA在医学领域具有广泛的应用前景,特别适用于医疗器械和组织工程等领域。
1.2 生物相容性:PLLA具有良好的生物相容性,与人体组织接触时不会引起明显的炎症反应或免疫排斥。
这使得PLLA成为一种理想的材料用于制备生物医学材料,如可降解缝线、植入物和骨修复材料等。
1.3 可塑性和可加工性:PLLA具有良好的可塑性和可加工性,可以通过热加工、溶剂法和挤出成型等方法制备成不同形状的材料。
这种特点使得PLLA在医疗器械制造和组织工程中具有广泛的应用前景。
1.4 高强度和刚度:PLLA具有较高的强度和刚度,可以用于制备具有良好力学性能的材料。
这使得PLLA在骨修复、组织工程和可降解缝线等领域中具有重要的应用价值。
1.5 可控降解速率:PLLA的降解速率可以通过材料的物理结构和化学组成进行调控。
通过调整PLLA的分子量、晶形结构和添加剂等方法,可以实现PLLA的降解速率的精确控制。
这种特性使得PLLA 可以根据特定应用的需求进行设计和调整。
1.6 生物活性修饰:PLLA的表面可以通过化学修饰和生物活性分子的引入进行改性。
这使得PLLA可以在材料表面引入生物活性物质,如细胞诱导因子、药物和抗菌剂等,以实现特定的生物功能。
2. 应用扩展:2.1 医学领域:PLLA作为一种生物可降解的材料,在医学领域具有广泛的应用。
它可以被制备成缝合线、骨修复材料、脂肪填充材料和支架材料等,用于创伤修复、组织工程和医疗器械制造等方面。
2.2 美容领域:PLLA在美容领域的应用也越来越受到关注。
凝聚态物理毕业论文范文

凝聚态物理毕业论文范文一、论文说明本团队专注于毕业论文写作与辅导服务,擅长案例分析、编程仿真、图表绘制、理论分析等,论文写作300起,具体价格信息联系二、论文参考题目非凝聚态Aβ_(25-35)对新生大鼠海马CA3区锥体神经元钾离子通道mRNA 表达影响的研究思路:【目的】 Alzheimer s综合症(AD)是影响记忆和认知功能的进行性退行性神经病变,是痴呆最常见的类型。
研究表明,B淀粉样蛋白(Aβ))增加在AD的发病过程中起重要作用,凝聚态Aβ具有明确的神经毒性作用。
但亦有人提出,非凝聚态A β也可产生神经毒性作用。
本论文研究了非凝聚态。
题目:电化学聚合薄膜生长过程的凝聚态结构研究思路:高分子凝聚态物理是一直是高分子科学的研究热点,而受限态薄膜的凝聚态研究也是重中之重。
随着纳米技术走进人们的视野,高分子在纳米尺度空间的运用越来越广泛,高分子在受限空间内的状态,尤其是纳米薄膜的凝聚态结构研究更是充满意义。
高分子凝聚态问题通常研究的是经典意义上的高分子,即重复单元首尾相连、组成线性长链结构的聚合物,但对于。
题目:基于聚乙二醇双亲性聚合物及其共混物的凝聚态研究思路:本论文以聚乙二醇单胆固醇酯(MePEG-chol)和聚乙二醇单硬脂酸酯(MePEG-st)两种双亲性聚合物为基础,分别制备了这两种聚合物的不同摩尔比例的物理共混物,复合胶束溶液,以及包载了吲哚美辛(IMC)疏水性药物模型的复合胶束载药体系,并对这三个体系中聚合物的不同凝聚态进行了研究和比较,得到胶束疏水内核的结晶性能,。
题目:高分子材料凝聚态多尺度贯通有限元分析思路:高分子科学的重要任务之一是从聚合物凝聚态结构出发,阐明和预报体系的平衡与非平衡态的物理性质,达到能够定量描述聚合物复杂结构与性能关系的目标,最终应用于材料的设计与加工。
该领域的研究已成为国际上学术界关注焦点和研究热点,富于挑战性,属高分子科学、凝聚态物理、材料科学和计算数学等学科交叉点和新的学科生长点。
PVDFPLLA的相容性问题及其共混膜的结构和性能研究

稿件20121102008修改说明书尊敬的《化学通报》编辑部:您们好!非常感谢审稿专家和编辑部对稿件20121102008(PVDF/PLLA的相容性及其共混膜的结构和性能研究)提出的评审意见和问题,非常感谢你们。
根据您们提出的问题和意见,我们对文章做了相应的修改,现在对文章中所做的修改进行说明,同时在修改的电子文档中,修改部分用红色字体标。
1、按照专家的要求,修改了摘要第一行、摘要第二行和引言部分的错误,将“动态机械分析”改为“动态力学分析”,将“结果显示相容体系”。
改为:“结果显示共混体系”,将“针对这一问题,进来。
”,改为“针对这一问题,近来。
”2、专家指出第二页最后一行:“。
相交,说明PVDF和PLLA共混体系。
”改为:“。
相交,说明此时PVDF和PLLA共混体系。
”,作者觉得不妥,共混体系的混合焓与基准线相交,只能说明次共混体系为部分相容体系,不能是此时共混体系为部分相容体系,至于什么时候相容、什么时候不相容要依据交点,文章后面马上进行了阐述“当PLLA含量大于10%时,PVDF/PLLA混合体系混合焓ΔH 均大于41.868×10-3 J/mol的,因此在该组成范围之上,聚合物体系都是不完全相容的。
而当聚合物中PLLA含量小于10%时,聚合物体系的混合焓均在基准线以下,混合焓均小于41.868×10-3 J/mol,可以认为此时的聚合物共混体系,在理论上是完全相容的。
”3、专家指出“文中2.1.3小节说Tg2-Tg1差值越大,说明PVDF和PLLA之间的相容性变差,是否有文献报道,最好引用文献作为旁证。
且图2中最好标出Tg1,Tg2所对应的位置。
”首先作者添加了文献[17],文献17中明确指出“PPESK/ PSF 共混物均呈现两个玻璃化转变温度,且两个Tg 值均位于两纯组分之间,表明PPESK/ PSF 共混物为部分相容,PPESK/ PSF共混物介于PPESK 和PSF 两纯组分的Tg 在PSF 含量为20 %和40 %时,其偏移程度最大,表明此PSF 含量下共混物的相容程度最好”。
plla聚左旋乳酸制备

plla聚左旋乳酸制备摘要:一、PLLA 聚左旋乳酸的概述二、PLLA 聚左旋乳酸的制备方法三、PLLA 聚左旋乳酸的应用领域四、PLLA 聚左旋乳酸的发展前景正文:【一、PLLA 聚左旋乳酸的概述】PLLA 聚左旋乳酸,全称为聚左旋乳酸(Poly (L-lactic acid)),是一种生物可降解聚合物,由左旋乳酸单体通过聚合反应而成。
PLLA 聚左旋乳酸具有良好的生物相容性、生物可降解性以及环保特性,被广泛应用于医疗、生物工程、环保等领域。
【二、PLLA 聚左旋乳酸的制备方法】PLLA 聚左旋乳酸的制备方法主要有以下两种:1.熔融缩聚法:在高温下,将左旋乳酸单体加入到催化剂中进行熔融缩聚,生成PLLA 聚左旋乳酸。
该方法具有反应条件温和、产率高等优点,但同时存在反应过程中黏度增加、难以控制等问题。
2.溶液聚合法:在适当的溶剂中,将左旋乳酸单体与催化剂混合,通过加热和搅拌进行聚合反应。
该方法可以获得较为均匀的颗粒分布,但溶剂的选择和回收对环境有一定影响。
【三、PLLA 聚左旋乳酸的应用领域】1.医疗领域:PLLA 聚左旋乳酸可降解,对人体具有良好的生物相容性,因此被广泛应用于医疗领域,如生物医用材料、药物载体等。
2.生物工程领域:PLLA 聚左旋乳酸可作为组织工程支架材料,诱导细胞生长和分化,为组织工程提供支持。
3.环保领域:PLLA 聚左旋乳酸可降解为二氧化碳和水,具有良好的环保性能,可用于制作一次性用品,减少环境污染。
【四、PLLA 聚左旋乳酸的发展前景】随着科学技术的进步和人们环保意识的提高,生物可降解材料PLLA 聚左旋乳酸得到了广泛关注。
在医疗、生物工程、环保等领域,PLLA 聚左旋乳酸具有巨大的应用潜力和发展前景。
聚乳酸技术——精选推荐

聚乳酸技术1.引言聚乳酸是一种用途广泛的、生物可降解脂肪族聚酯,它来源于100%的可再生资源,如:棉花、甜菜。
在很多商品领域,聚乳酸有很大的应用前景。
尽管聚乳酸的综合性能优良,但其高昂的成本制约了它的商业竞争力(每磅价格高于2美元)。
直到现在,聚乳酸很少有取代石油基塑料商品应用的成功先例,它的最初应用仅限于医学应用,如:手术缝合线。
1997年,两家大公司宣布合并成立Cargill Dow LLC新公司,致力于聚乳酸的生产和营销上,目的在于减少生产成本,使聚乳酸成为批量生产的塑料。
聚乳酸可以通过乳酸直接缩合和环状二聚体的开环聚合得到(图1)。
由于直接缩合聚合是一个平衡反应,在聚合反应的后期很难出去痕量的水,这限制了最终分子量。
尽管Mitsui Toatsu Chemicals 取得了用高沸点溶剂共沸蒸馏法促进直接酯化过程中水的去除,从而获得高分子量聚乳酸,大部分工作仍集中在开环聚合上。
图1.聚乳酸聚合路线Cargill Dow LLC公司在聚乳酸基聚合物的低成本连续生产过程活得了专利。
该过程在熔体中而不是溶液中综合考虑了合成丙交酯和聚乳酸的实际环境和经济效益,首次得到了基于可再生资源的商业化且实际可行的生物降解聚合物。
该过程从乳酸水溶液制备低分质量聚乳酸预聚体的直接缩合开始(图2)。
然后,采用锡类催化剂提高分子内成环反应速率,将该预聚体转化成丙交酯的不同异图2 聚乳酸预聚体和丙交酯的合成示意图体混合物。
熔融的丙交酯混合物通过真空蒸馏纯化。
最后,在熔体状态下,高分子量的聚乳酸经锡类催化剂催化开环聚合得到,从而完全避免使用价格高昂且环境不友好溶剂。
聚合完成后,所有没有反应的单体在真空下除去,并被用作反应的初始原料(图3)。
图3 聚乳酸的无溶剂合成过程在明尼苏达州,装有一套采用该工艺过程的年产80万磅的生产线。
近来,Cargill Dow LLC公司宣布将在北美于2002年建设年产3000万磅的聚乳酸工厂,并在不久的将来,在欧洲建设另外的聚乳酸工厂。
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Vol.34高等学校化学学报No.52013年5月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1288~1294 doi:10.7503/cjcu20120925聚左旋乳酸/聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变熊祖江1,张秀芹2,刘国明1,赵 莹1,王 锐2,王笃金1(1.中国科学院化学研究所,北京分子科学国家实验室,工程塑料院重点实验室,北京100190;2.北京服装学院材料科学与工程学院,服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029)摘要 采用熔融共混方法制备了聚左旋乳酸(PLLA)和超高分子量聚氧化乙烯(PEO)共混物,通过差示扫描量热(DSC)㊁扫描电子显微镜(SEM)和二维广角X 射线散射(2D⁃WAXS)等方法系统研究了PEO 的加入对不同温度下PLLA 拉伸行为及拉伸过程中微观结构变化的影响.结果表明,PLLA /PEO 共混物为非均相体系,PEO 粒子均匀分布在PLLA 中形成两相结构.PEO 的加入能够显著降低PLLA 的玻璃化转变温度(T g ),在25~60℃范围内显著提高PLLA 的拉伸性能.在60℃拉伸时,PEO 的加入提高了PLLA 在拉伸过程中的结晶和形变能力.在80℃拉伸时,共混物的拉伸断裂伸长率下降,但共混物的结晶速度仍高于纯PLLA 样品.关键词 聚左旋乳酸;超高分子量聚氧化乙烯;拉伸性能;结晶中图分类号 O631 文献标志码 A 收稿日期:2012⁃10⁃11.基金项目:国家自然科学基金(批准号:50925313,11179031)和北京市科技新星计划(批准号:2011016),新世纪优秀人才(批准号:NCET⁃12⁃0601)和北京市教委重点基金(批准号:KZ201310012014)资助.联系人简介:张秀芹,女,副教授,主要从事生物降解高分子材料研究.E⁃mail:clyzxq@聚左旋乳酸(PLLA)作为可生物降解和生物相容热塑性材料,具有良好的环境友好性,可应用于生物医学㊁复合材料㊁纺织品㊁薄膜和结构材料等[1~3].但PLLA 具有断裂伸长率小及脆的缺点,限制了其应用.共混改性是一种实用且经济的改善PLLA 脆性的方法[4~7].聚氧化乙烯(PEO)是一种亲水性和生物相容性高聚物,具有柔性分子链,能够显著提高PLLA 的断裂伸长率㊁柔韧性㊁亲水性和降解性能,是有效的PLLA 增韧剂.同时,添加少量的PEO 能够显著提高PLLA 的结晶速率,是理想的聚乳酸改性助剂[8~12].Nijenhuis 等[12]发现,PEO 的质量分数大于10%时,PLLA 样品具有较大的柔韧性,断裂伸长率超过了500%.同时,PEO 还可以增加共混物的亲水性.PLLA 是半结晶聚合物,其力学性能与外场作用下形成的结晶和取向结构密切相关.拉伸过程经常被用来调控半结晶聚合物的微观结构,从而提高材料最终的力学性能[13~16].Kawakami 等[15]发现,玻璃化转变温度(T g )附近拉伸能诱导PET 介晶相和三斜晶的形成.Zuo 等[16]探讨了温度对等规聚丙烯(iPP)结构转变影响,发现低温拉伸时主要形成取向的介晶相,而高温拉伸则以取向的α晶为主,这种取向的α晶有利于提高材料的稳定性和力学性能.许多人研究了PLLA 在拉伸过程中的结构形成和转变[17~24].Stoclet 等[17,18]发现,在拉伸温度低于70℃时,拉伸能够诱导无定形的PLLA 形成介晶相;拉伸温度为80℃左右时,介晶相和结晶相共存;当拉伸温度提高至90℃时,只形成结晶相.Turner 等[24]发现,在T g 附近拉伸PLLA,其结晶度首先随着拉伸倍数增加而增大,而当拉伸倍数高于4.0后结晶度则有所下降.研究发现,拉伸温度和拉伸应变是影响聚合物拉伸过程中微观结构转变的两个重要因素,为PLLA 材料的成型加工提供重要的指导.PEO 对PLLA 的增韧作用已有较多报道,但PLLA /PEO 共混物在拉伸过程中的结构转变尚未见报道,而纯PLLA 拉伸行为的研究结果表明,在温度和应力作用下,其微观结构会发生丰富的转变并影响材料最终的性能.因此,本文以PLLA 及PLLA /PEO 共混物为研究对象,探讨了拉伸温度㊁拉伸应变和PEO 的加入对PLLA 拉伸行为的影响,以期为韧性PLLA 材料的开发提供理论指导.1 实验部分1.1 材料与仪器聚左旋乳酸(PLLA),牌号4032D(D ⁃lactide 质量分数为1.4%),M w =2.0×105,分子量分布指数为2.0,Natureworks 公司;聚氧化乙烯(PEO),牌号18947⁃2,M w =5.0×106,分子量分布指数为1.2,Aldrich 公司.美国TA 公司Q2000型差示扫描量热分析仪,铟为标准样品校准温度和热流,升降温速率均为10℃/min;英国Linkam 公司TST 350型拉伸热台;上海同步辐射光源(SSRF)的BL16B1线站;日本电子公司JSM⁃6700F 型扫描电子显微镜.1.2 样品制备将一定量的PLLA 及PLLA /PEO(质量比90∶10)共混物分别在密炼机(Haake Rheomix OS)中共混 Table 1 Crystallization (T c ),glass transition (T g ),cold crystallization (T cc )and melting (T m )tempera⁃tures of pure PLLA and PLLA /PEO (mass ra⁃tio ,90∶10)blend *Sample T c /℃T g ℃T cc /℃T m /℃PLLA 61.9105.0167.0PEO 47.0-53.266.0PLLA /PEO 86.855.087.5166.0 *The heating /cooling rate was 10℃/min.(200℃,转速50r /min,5min).将密炼样品用压膜机制成厚度为0.8mm 的膜(200℃,压力10MPa,取出后冰水冷却,广角X 射线散射(WAXS)测试发现所制备样品均为无定形),然后用冲压机制成25mm×3mm×0.8mm 的哑铃型样条作为拉伸样品.为了防止样品在加工过程中发生降解,PLLA树脂加工前于80℃真空干燥24h 以除去水分.PLLA,PEO 及PLLA /PEO 共混物结晶和熔融等数据列于表1.1.3 表 征在N 2气保护下测定PLLA 及其共混物样品的热行为,样品的质量为5~10mg,升降温速率均为10℃/min.在25~80℃范围内测试PLLA 及PLLA /PEO 共混物的拉伸行为,拉伸速率50μm /s,拉伸起始长度3mm.将样品拉伸至断裂,记录拉伸过程中的力值(F )和位移(L ),通过公式σ=F /A 和ε=(L -L 0)/L 分别计算工程应力(σ)和工程应变(ε)值,得到工程应力⁃应变曲线.A 为拉伸区域起始横截面面积,L 0为样品起始拉伸长度.由于在拉伸过程中样品截面积发生变化,真应力(σ真)可通过σ真=F (1+ε)/A 计算.样品拉伸前在测试温度下停留2min,保证样品充分受热.在上海同步辐射光源(SSRF)的BL16B1线站上进行WAXS 实验,波长为0.124nm,散射花样通过二维面探测器MAR CCD(MAR⁃USA)收集,分辨率为2048×2048pixels(pixel size =79μm×79μm),曝光时间为60s,样品到探测器距离为174.95mm,所有图像均扣除背景散射的影响.沿方位角0°~180°积分转为一维散射曲线.所有样品在不同温度下拉伸至一定位移后进行测试,拉伸速率为50μm /s.用Peakfit 软件对WAXS 一维强度曲线进行处理,运用Gaussian 函数对结晶区和无定形区进行分峰处理,得到结晶度[18].将样品在液氮中淬断,随后放入沸水中刻蚀4h,去除PEO 相.通过扫描电子显微镜(JSM⁃6700F,日本电子)观察淬断和刻蚀后样品的断面形貌,对比刻蚀前后断面形貌的变化.样品淬断面的表面喷镀一层厚度约为5nm 的金膜以提高导电性.2 结果与讨论2.1 PLLA 和PLLA /PEO 的断面形态图1为PLLA 及PLLA /PEO 共混物初始样品和沸水刻蚀4h 后的断面形貌.PLLA 样品断面断口平齐,表面较光滑,为脆性断裂,沸水刻蚀前后变化较小.共混物样品断面表现出一定的韧性,同时共混物样品表面均匀分布着尺寸大约为1~2μm 的分散相颗粒,为两相结构.经过沸水刻蚀后留下尺寸均匀的孔洞[图1(D)].PEO 为水溶性高分子,能够溶于沸水中,由此可知,共混物表面的微球为PEO 颗粒.PLLA 和PEO 属于非均相体系,其中PLLA 为连续相,PEO 为分散相.文献[12]报道PEO 或者PEG 和PLLA 属于部分相容体系,主要是因为所用的PEO 或PEG 分子量较低,而本文所用的PEO 为9821 No.5 熊祖江等:聚左旋乳酸/聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变超高分子量的样品,高分子量的聚合物分子链缠结较大,容易发生聚集,故共混物中PLLA 和PEO 发生相分离.Fig.1 SEM images of cross⁃section morphology of cryogenic fractured PLLA (A ,C )and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (B ,D )(A),(B)Original sample;(C)and (D)etched sample(in boiling water for 4h).2.2 拉伸性能图2为PLLA 及PLLA /PEO 共混物不同温度下拉伸的工程应力⁃应变曲线.由图2可见,不同温度下拉伸材料表现出完全不同的行为.室温(25℃)拉伸,PLLA 及PLLA /PEO 共混物均发生脆性断裂,拉伸性能差.在50℃拉伸时,温度低于PLLA 的T g ,PLLA 样品仍然呈现脆性断裂.共混物的T g 为55℃,因此在50℃下拉伸时共混物呈现出较大的韧性,先后经历屈服㊁细颈和应变硬化几个阶段,断裂伸长率接近600%.在60℃下,接近PLLA 的T g 而高于共混物T g ,PLLA 的拉伸经历屈服㊁细颈和应变硬化过程,而共混物拉伸过程中应变硬化现象不明显,类似于橡胶/弹性体的拉伸,断裂伸长率高达760%,明显高于纯PLLA 样品.随着拉伸温度的进一步升高(高于PLLA 和共混物的T g ),纯PLLA 样品的拉伸应力减小,断裂伸长率增加,在80℃时大于900%.相反地,在70和80℃时拉伸,PLLA /PEO 共混物的拉伸应变则随温度升高而降低.众所周知,拉伸曲线的差异与形变过程中的结晶和取向密切相关[17,20,23].因此,PLLA 和PLLA /PEO 共混物在不同温度下工程应力⁃应变曲线的差异也与样品在拉伸过程中形成的微观结构密切相关,尤其是当温度接近或高于T g 时,拉伸过程中还伴随着结晶的发生和晶区取向等变化.因此,本文利用原位2D⁃WAXS 技术进一步表征PLLA 和PLLA /PEO 共混物拉伸过程中的结晶结构和取向行为.选择的拉伸温度分别为60和80℃.Fig.2 Engineering stress⁃engineering stain curves of PLLA (A )and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (B )stretched at various temperatures (crosshead speed ,50μm /s )2.3 2D⁃WAXS 分析图3为PLLA 和PLLA /PEO(质量比,90∶10)共混物在60℃拉伸时的真应力⁃应变曲线及不同应变值时对应的2D⁃WAXS 图.从图3可知,未拉伸时,PLLA 样品为各向同性的弥散环,表明初始样品为无定形.拉伸初期(ε<200%),样品经历 屈服”后进入 颈缩阶段”.在散射图中,无定形散射环的强度在赤道方向有所增加.拉伸后期(ε>200%),样品发生应变硬化.赤道方向的散射环强度显著增加,集中为散射斑点,表明样品中分子链沿着拉伸方向择优取向.整个拉伸过程并未观察到PLLA 的α晶散射花样,一维WAXS 图中也只出现典型的无定形的馒头峰[图4(A)],表明在该温度下拉伸PLLA,样品始终为无定形状态,无明显的晶体生成.因此,在60℃下拉伸,PLLA 样品的整体取向和分子链的择优取向都不能诱导结晶的发生.0921高等学校化学学报 Vol.34 Fig.3 True stress⁃engineering⁃strain curves (A )and 2D⁃WAXS patterns (B ,C )collected at different appliedstrains during uniaxial tensile deformation of PLLA and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (B )at60℃(A)a .PLLA;b .PLLA /PEO;(B)PLLA;(C)PLLA /PEO.Strain(%):1.0;2.100;3.200;4.300;5.400;6.500;7.600;8.700.PLLA /PEO 共混物的WAXS 图和真应力⁃应变曲线与纯PLLA 显著不同.未拉伸时(ε=0),共混物的2D⁃WAXS 图中存在2个明显的散射环,对应的一维散射图在2θ=13.3°和15.23°处出现2个散射峰[图4(A)],分别对应着聚乳酸α或α′晶的(200)/(110)和(203)晶面散射[25],表明初始样品中含有少量的未取向晶体.拉伸初期(ε<300%),应力变化较小,(200)/(110)晶面散射环的强度在赤道方向有微弱的增强.ε>300%时为应变硬化阶段,(200)/(110)和(203)晶面散射环逐渐向赤道方向靠拢缩成弧,且强度显著增加,表明取向诱导结晶,结晶度增加.Stoclet 等[17]发现,样品在拉伸过程中需要一定量的结晶来形成物理交联网络,进而诱发应变硬化.本文结果表明,结晶在应变硬化前已经存在,表明应变硬化的出现和结晶形成的三维网络有关.随着应变继续增加,散射弧逐渐变短,并最终形成一个赤道方向的散射斑点,说明样品中分子链沿拉伸方向择优取向,导致拉伸应力进一步增加.Fig.4 WAXS intensity curves of PLLA (a i )and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (j q )stretched at 60℃(A )and 80℃(B )with stretch rate of 50μm /sCurves a i and j q are WAXS profiles under different strains,from 0to 800%at an increment of 100%,respectively.60℃的拉伸温度略低于PLLA 的T g ,PLLA 分子链处于冻结状态,样品的拉伸表现为典型的非晶态聚合物的应力应变行为,出现屈服㊁冷拉和应变硬化现象.而对于共混物而言,由于PEO 的加入增加了PLLA 链的柔韧性,T g 下降到55℃(低于60℃),分子链运动 解冻”,链段在很小的拉伸应力条件下易于沿着拉伸方向运动;随着应变的增加,分子链的取向增加,取向诱导结晶,拉伸应力迅速提高,出现应变硬化现象.图5结果表明,80℃拉伸时,未拉伸的PLLA 的散射弥散环表明初始样品仍然为无定形,且各向同性.拉伸初期(ε<400%),应力增加缓慢.赤道方向的无定形散射环的强度有所增加,在ε=300%时,赤道方向上出现了微弱的(200)/(110)和(203)晶面散射弧,表明样品中有微弱的晶体生成.当ε>400%后,应力随着应变迅速增加,出现应变硬化.硬化现象在应变值ε>400%时才出现,而结晶在ε=300%时已经出现,表明前期需要一定量的微晶来形成物理交联网络,从而引发应变硬化[17].此时,α晶的晶面散射聚集为赤道方向的散射点,且强度显著增加,表明分子链取向和结晶度增大,即取向诱导结晶.继续拉伸,应力迅速增加直至断裂.从图4可以看到,拉伸后期,晶面散射峰强度有所下1921 No.5 熊祖江等:聚左旋乳酸/聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变降,可能是由于拉伸区域的截面积随拉伸倍数增加而减小,光斑大于样品直径,照射在样品表面的光斑面积显著减少,从而造成了峰强下降.由于相对强度下降,未采集样品拉伸至900%时的散射图.未拉伸共混物样品在80℃退火2min 后即已结晶,所以初始样品含有部分晶体.随着应变的增加,结晶速率增加,真应力与应变呈线性增加.二维和一维WAXS 图[图4(B)和图5(B)]也显示,共混物中α晶的(200)/(110)和(203)晶面散射环和一维散射图在2θ=13.3°和15.23°处出现散射峰强度显著增加,表明结晶度提高,并且α晶的2个晶面散射随着应变值增加逐渐向赤道方向增强而聚集成散射点,使共混物的取向增加.Fig.5 True stress⁃engineering⁃strain curves (A )and 2D⁃WAXS patterns (B ,C )collected at different appliedstrains during uniaxial tensile deformation of PLLA and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend at 80℃(A)a .PLLA;b .PLLA /PEO;(B)PLLA;(C)PLLA /PEO.Strain(%):1.0;2.100;3.200;4.300;5.400;6.500;7.600;8.700.Fig.6 Crystallinity of PLLA (a )and PLLA /PEO (mass ration ,90∶10)blend (b ,c )versus plastic strain stretched at 60℃(b )and80℃(a ,c )通过对一维曲线分峰处理,计算得到拉伸过程中PLLA 及PLLA /PEO(质量比,90∶10)共混物的结晶度变化(图6).60℃时,PLLA 在拉伸过程中始终为无定形,没有明显的α晶形成,因此图6中没有该温度下PLLA 的结晶度变化曲线.共混物样品在拉伸初期,结晶含量随应变增加而逐渐增大,在应变值为300%时达到最大值,对应着前面所述真应力⁃应变曲线中真应力的显著增大.随拉伸应变的进一步增加,结晶度趋于稳定,后期稍微下降.80℃时,纯PLLA 样品在ε<200%时为无定形.进一步拉伸,PLLA 的结晶度随应变增大而迅速增加,在应变值为600%时达到最大值,对应于真应力⁃应变曲线中的应变硬化现象的出现.拉伸后期,样品结晶度趋于稳定.对于共混物样品来说,未拉伸时已经含有少量的结晶组分,拉伸初期结晶度随应变增加,在ε=100%时达到最大值,随后同样略微下降.纯PLLA 和共混物样品在拉伸后期结晶度的下降可能是实验时样品上光斑面积减少导致计算误差所致,也可能是由于拉伸后期应力大,达到了临界应变值,前期形成的部分晶体被破坏,导致结晶度轻微降低[13,18].PLLA 及其共混物在80℃拉伸时结晶速率有较大差异.由于PEO 的加入,PLLA 的结晶速率在拉伸初期显著增加,结晶度高于纯的PLLA 样品.随着拉伸的进行,尤其是达到高的应变值时,PLLA 的结晶度也迅速增加,纯PLLA 和PLLA /PEO 共混物的结晶度在高应变处趋于相近.2.4 拉伸样品的DSC 分析图7为PLLA 和PLLA /PEO(质量比,90∶10)在60℃下拉伸不同倍数样品的DSC 升温曲线.可以看到,纯PLLA 样品在105℃附近出现较大的冷结晶峰,在拉伸应变至200%时,PLLA 样品冷结晶峰变化较小,进一步提高拉伸应变,冷结晶峰位置向低温移动,表明拉伸取向降低了分子链的运动能垒,提高了PLLA 在后续升温过程中的结晶能力.应变值达到400%时,PLLA 样品冷结晶峰仍然存在,表明拉伸的PLLA 初始样品结晶度很低或者根本没有结晶,与WAXS 结果一致.拉伸应变为300%时,在2921高等学校化学学报 Vol.34 66℃处出现明显的吸热峰,且随着拉伸倍数的增加,吸热峰向高温方向移动.Lee 等[26]将吸热峰归于收缩过程中构象分布的改变,随拉伸应变的增加,热收缩和热焓值变化增大,熔融峰增强;而Stoclet 等[17]认为吸热峰可能是介晶相的熔融峰,介晶相的含量随着拉伸应变的增加而增加,熔融峰强度增加且向高温移动.在60℃下拉伸PLLA /PEO 共混物,低应变条件下同样出现冷结晶峰,但随着拉伸应变增加,强度逐渐降低,在高应变时消失.表明共混物样品随着拉伸应变增大结晶含量增加,取向诱导结晶效应明显.共混物样品并没有出现T g 附近的吸热峰,这可能是因为柔性链PEO 的加入提高了PLLA 的结晶能力,进而减少了升温过程中样品的热收缩或样品中形成的介晶相含量少所致.Fig.7 DSC heating scans of PLLA (a f )andPLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (g h )stretched to different strains at 60℃Curves a f and g n are DSC profiles under differentstrains(0 700%)at an increment of 100%,respec⁃tively.Fig.8 DSC heating scans of PLLA (a i )and PLLA /PEO (mass ratio ,90∶10)blend (j o )stretched to different strains at 80℃Curves a i and j o are DSC profiles under differentstrains(0 800%)at an increment of 100%,respec⁃tively.图8为PLLA 和PLLA /PEO(质量比,90∶10)共混物在80℃下拉伸不同倍数样品的DSC 曲线.随着拉伸应变增大,纯PLLA 的冷结晶峰向低温移动,且熔融前冷结晶峰消失,熔融峰位置向低温方向移动,峰形更加尖锐.拉伸至600%时,冷结晶峰消失.进一步拉伸,在T g 附近重新出现冷结晶峰,且逐渐向高温方向移动,熔融峰峰形变宽,强度下降.表明拉伸后期拉伸样品的部分晶体结构遭到破坏,结晶度和完善度下降,故在DSC 升温过程中,这部分被破坏的晶体易于重新形成完善晶体,出现冷结晶峰.该结果与WAXS 研究中拉伸后期样品的晶体衍射峰强度下降一致.在80℃拉伸的PLLA /PEO 共混物样品,DSC 升温曲线中没有出现冷结晶峰,表明拉伸过程中共混物样品已经结晶.综上所述,高分子量PEO 与PLLA 为非均相体系,共混物易形成两相结构.在不同温度下拉伸PLLA 和PLLA /PEO(质量比,90∶10)共混物,两者呈现出不同的拉伸行为和结晶结构演变规律.当拉伸温度(T s =60℃)在PLLA 的T g 附近时,纯PLLA 拉伸样品呈现无定形状态.柔性PEO 分子链的加入显著提高了PLLA 在该温度下的拉伸断裂伸长率和结晶速率,共混物的结晶度随着拉伸应变的增大而增加.在T s >70℃时,纯PLLA 和PLLA /PEO(质量比,90∶10)样品在拉伸过程中取向诱导结晶,但共混物样品的结晶速度高于纯PLLA 样品.结果表明,PEO 的加入能显著提高PLLA 的结晶速率和韧性,为PLLA 的成型加工和增韧改性提供了理论参考.参 考 文 献[1] Fambri L.,Pegoretti A.,Fenner R.,Incardona S.D.,Migliaresi C.,Polymer ,1997,38(1),79 85[2] Drumright R.E.,Gruber P.R.,Henton D.E.,Adv.Mater .,2000,12,1841 1846[3] Pang X.A.,Zhuang X.L.,Tang Z.H.,Chen X.S.,Biotechnology Journal ,2010,5(11),1125 1136[4] Xing Q.,Zhang X.,Dong X.,Liu G.,Wang D.,Polymer ,2012,53(11),2306 2314[5] Meaurio E.,Zuza E.,Sarasua J.R.,Macromolecules ,2005,38(4),1207 1215[6] Kim H.S,Park B.H.,Choi J.H.,Yoon J.S.,Journal of Applied Polymer Science ,2008,109(5),3087 30923921 No.5 熊祖江等:聚左旋乳酸/聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变4921高等学校化学学报 Vol.34 [7] Krikorian V.,Pochan D.J.,Macromolecules,2005,38(15),6520 6527[8] Yu J.X.,Mahoney C.M.,Fahey A.J.,Hicks W.L.,Hard R.,Bright F.V.,Gardella J.A.,Langmuir,2009,25(19),1146711471[9] Hu Y.,Rogunova M.,Topolkaraev V.,Hiltner A.,Baer E.,Polymer,2003,44(19),5701 5710[10] 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K.,Liu G.,Chen J.,Brüning K.,Wang D.,Stamm M.,Polymer,2011,52(18),4141 4149[21] Mahendrasingam A.,Blundell D.J.,Parton M.,Wright A.K.,Rasburn J.,Narayanan T.,Fuller W.,Polymer,2005,46(16),6009 6015[22] Lee J.K.,Lee K.H.,Jin B.S.,European Polymer Journal,2001,37(5),907 914[23] Zhang X.,Schneider K.,Liu G.,Chen J.,Brüning K.,Wang D.,Stamm M.,Polymer,2012,53(2),648 656[24] Turner J.F.,Riga A.,O′Connor A.,Zhang J.,Collis J.,Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2004,75(1),257 268[25] Zhang J.,Tashiro K.,Tsuji H.,Domb A.J.,Macromolecules,2008,41(4),1352 1357[26] Lee S.C.,Han J.I.,Jeong Y.G.,Kwon M.,Macromolecules,2010,43(1),25 28Crystallization and Tensile Behavior of Poly(L⁃lactide)/Poly(ethylene oxide)BlendXIONG Zu⁃Jiang1,ZHANG Xiu⁃Qin2*,LIU Guo⁃Ming1,ZHAO Ying1,WANG Rui2,WANG Du⁃Jin1(1.Beijing National Laboratory for Molecular Sciences,CAS Key Laboratory of Engineering Plastics,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China;2.Beijing Key Laboratory of Clothing Materials R&D and Assessment,School of Materials Science&Engineering,Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing100029,China)Abstract Poly(L⁃lactic acid)(PLLA)and PLLA/ultra high molecular weight poly(ethylene oxide)(PEO) blend were prepared by melt⁃mixing,respectively.The morphology and the stretching behavior as well as their dependence on stretching temperatures of PLLA and PLLA/PEO blend were studied with a combination of dif⁃ferential scanning calorimetry(DSC),scanning electron microscopy(SEM),and in⁃situ synchrotron wide⁃an⁃gle X⁃ray scattering(WAXS).The PLLA/PEO blend exhibited phase⁃separated morphology,with PEO parti⁃cles as dispersed phase evenly distributed in PLLA matrix.The addition of PEO remarkably decreases the glass transition temperature(T g)and increases the crystallization rate of PLLA.The fracture strain of PLLA/PEO blend increases drastically under uniaxial stretching at different temperatures of25 60℃.At lower stretching temperature(60℃),the crystallization rate and fracture strain of PLLA/PEO blend increase.At higher stretching temperature(80℃),the fracture stain of the blend is lower than that of the pure PLLA,while the crystallization rate is still higher than that of PLLA.Keywords Poly(L⁃lactic acid);Ultra high molecular weight poly(ethylene oxide);Stretching behavior; Crystallization(Ed.:W,Z)。