【摘要】：聚乳酸(PLA)是一種具有良好的生物降解性能和生物相容性能的高分子材料,但其結晶速率慢和韌性差等缺點限制了它的應用范圍。雖然應用彈性體粒子熔融共混PLA是一種簡單高效的PLA改性方法,然而在目前已知的報道中,關于彈性體粒子的粒徑對PLA各性能的影響還缺乏更深入的研究。本文設計制備了具有多種粒徑尺度的可生物降解的聚酯彈性體粒子(BEP),將BEP直接與PLA進行熔融共混,制備了幾種PLA/BEP復合材料,并探討了不同粒徑和含量的BEP對PLA復合材料的力學性能、結晶性能、降解性能和細胞相容性等性能的影響。1.PLA/BEP復合材料的制備。以脂肪族的二元醇和二元酸(酸酐)為原料,通過熔融縮聚合成不飽和聚酯,將其進行乳化、電子束輻射以及噴霧干燥,制備了粒徑分別為50 nm、150 nm、300 nm、500 nm以及1μm的BEP,然后將多種尺度的BEP分別與PLA熔融共混,制得PLA/BEP復合材料。2.PLA/BEP復合材料的力學性能研究。通過對PLA/BEP復合材料的拉伸性能和沖擊性能測試可知,隨著BEP的粒徑和含量的增加,PLA/BEP復合材料的斷裂伸長率明顯增大,沖擊強度和儲能模量也有所升高。粒徑為1μm的BEP將PLA復合材料的斷裂伸長率由純PLA的2.8%提高至39.8%;粒徑為500 nm的BEP將PLA復合材料的缺口沖擊強度由純PLA的2.79 kJ/m~2提高至4.99 kJ/m~2;復合粒徑為50 nm和300 nm的BEP將PLA的無缺口沖擊強度由18.57 kJ/m~2提高至52.60 kJ/m~2,具有協(xié)同改性PLA的效果。經典的逾滲模型理論不適用于解釋本文多尺度的BEP改性PLA。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),PLA/BEP復合材料的斷面粗糙不平,存在大量銀紋與孔穴,PLA基體材料出現(xiàn)明顯的塑性形變。3.PLA/BEP復合材料的結晶性能研究。差示掃描量熱儀、X射線衍射儀、偏光顯微鏡等測試結果表明,減小BEP的粒徑或者增加BEP的含量,均能夠提高PLA/BEP復合材料的結晶度,減小球晶尺寸,增大結晶密度,降低結晶溫度,縮短半結晶時間,提高結晶速率。在PLA中添加5 phr粒徑為50 nm的BEP可將PLA熔融結晶的半結晶時間由10.20 min縮短到8.12 min,添加10 phr粒徑為50nm的BEP可將PLA冷結晶的半結晶時間由224 s縮短到103 s。此外,多尺度BEP的加入均降低了PLA的T_g,還可以促使PLA生成?'晶型。4.PLA/BEP復合材料的降解性能和細胞相容性能研究。通過PLA/BEP復合材料分別在脂肪酶溶液、不同PH值水溶液以及土壤中的降解實驗發(fā)現(xiàn),隨著BEP粒徑的減小和含量的增加,PLA/BEP復合材料的質量損失率均逐漸增大。當在PLA中加入10 phr粒徑為50 nm的BEP時,PLA/BEP復合材料在pH=13的NaOH溶液中降解25天后的質量損失率超過了98%,在土壤環(huán)境中降解4個月后的質量損失率是純PLA的近4倍。MTT法測試結果表明,PLA/BEP復合材料均無明顯細胞毒性,具有良好的細胞相容性能。PLA及其復合材料所培養(yǎng)的L929細胞貼壁生長狀態(tài)良好,細胞增值率均在75%以上。
【圖文】：

升降溫速率均為 10 °C/min，得到 DSC 曲線。測試度儀對輻射硫化后聚酯乳液的粒徑進行測定。將聚為 0.1%，取 1.5 mL 左右乳液置于透明比色皿中進溫 2 min，測試時間為 120 s。TGA)測試析儀對 BEP 以及 PLA/BEP 復合材料進行測試，取盤中，在氮氣保護下，從室溫升溫至 600 °C，升溫L/min。測試 PLA/BEP 復合材料，使用微型注塑機制成如圖 2-試樣條。注塑條件：物料預熱 10 min，料筒溫度為壓時間為 9 s。測試條件：室溫，相對濕度為 50±5 86 106 kPa。參考標準：GB/T1040.2-2006。

自身不會出現(xiàn)熱分解，說明本實驗所制備的多尺度的 BEP 均滿足與 PLA進行熔融共混的加工條件。表 2-7 列出了各尺度 BEP 相應的熱分解溫度。由表中數(shù)據可知，1-BEP~4-BEP均出現(xiàn)了兩個熱分解峰，分解分兩步進行。第一分解峰是殘留的小分子及低聚物以及乳化劑等的分解峰；第二分解峰是 BEP 大分子的分解峰。5-BEP 只有一個熱分解峰，和其所用乳化劑的含量較少以及粒子中殘留的小分子物質較少有關，故只有一個大分子 BEP 的熱分解峰。結合圖 2-9 曲線和表 2-7 數(shù)據可知，隨著 BEP 粒徑的增大，BEP 的 5%失重率溫度（Td5%）、10%失重率溫度（Td10%）、半壽溫度（Td50%）以及 DTG 曲線中各分解峰對應的溫度均逐漸增大。這是因為粒徑較大的 BEP 中所含的低分子量的乳化劑較少，整體熱穩(wěn)定性較高，并且測試樣品的粒徑不同，對熱傳導以及氣體擴散的影響也不相同，而這種變化可導致反應速率和 TG 曲線形狀的改變[150]。因此，BEP 的粒徑越大，熱分解反應速率越慢，熱分解溫度就越高。2.3.2.6 BEP 的微觀形貌(a) (b)
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB332

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本文編號：2653731