【摘要】：作為一種環(huán)境友好型聚合物材料,聚乳酸(PLA)本身具有良好的生物相容性和可降解性,在載藥、生物支架、骨組織再生等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于該材料結(jié)晶速率慢,在實際加工過程中極易形成非晶制品,使其熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能大幅下降,限制了該材料的實際應(yīng)用。眾多研究表明,對聚乳酸進行再處理(退火、外力場等)是改變聚乳酸制品的微觀結(jié)構(gòu)進而改變其性能的重要手段。因此,本課題利用原位紅外檢測技術(shù)研究了聚乳酸非晶薄膜在溫度場和應(yīng)力場條件下的冷結(jié)晶行為,內(nèi)容簡述如下:(1)采用溶液法制備了聚乳酸薄膜,通過熔融-淬冷法得到了聚乳酸淬火樣品,并利用WAXD、DSC和FTIR檢測技術(shù)對初始樣品進行結(jié)構(gòu)表征,發(fā)現(xiàn)聚乳酸淬火樣品為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。(2)利用原位FTIR分析技術(shù)研究了退火過程中的聚乳酸非晶樣品的結(jié)構(gòu)演變情況,并討論了溫度對聚乳酸結(jié)晶結(jié)構(gòu)完善程度的影響。結(jié)果表明,在63~68oC之間存在一個臨界結(jié)晶溫度。當(dāng)退火溫度高于該臨界結(jié)晶溫度時,聚乳酸非晶樣品可以通過分子鏈的局部調(diào)整實現(xiàn)冷結(jié)晶行為,反之,冷結(jié)晶將不能發(fā)生。冷結(jié)晶過程中總是先出現(xiàn)中間相,最后發(fā)生中間相和晶體相的轉(zhuǎn)變;中間相的形成總是通過分子鏈的構(gòu)象有序和分子鏈間的堆砌調(diào)整實現(xiàn),兩者同時發(fā)生;退火溫度越高,中間相出現(xiàn)的越早,最終得到的晶體結(jié)構(gòu)越規(guī)整。(3)利用原位偏振FTIR技術(shù)并結(jié)合微型拉伸熱臺研究了聚乳酸非晶樣品的結(jié)構(gòu)演變以及與力學(xué)行為之間的關(guān)系,并探討了溫度對聚乳酸冷結(jié)晶行為的影響。結(jié)果表明,樣品在結(jié)晶前期需經(jīng)過結(jié)構(gòu)調(diào)整。并且在拉伸過程中沒有中間相出現(xiàn),直接發(fā)生了非晶相到晶體相的轉(zhuǎn)變;同時,樣品在原位拉伸過程中由于發(fā)生了取向致使分子鏈間的堆砌更加規(guī)整,達到臨界結(jié)晶應(yīng)變后樣品的結(jié)晶度開始迅速提高,使得晶體結(jié)構(gòu)越來越完善。當(dāng)拉伸溫度低于63oC時,應(yīng)變誘導(dǎo)聚乳酸結(jié)晶主要是受形變作用的影響;而當(dāng)高于63oC時,隨著拉伸溫度的升高熱驅(qū)動力的影響會越來越明顯,從而加速分子鏈堆砌并降低結(jié)晶前期非晶相的臨界取向。另外,高于臨界結(jié)晶應(yīng)變時發(fā)生了明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象,這與拉伸溫度對結(jié)晶度的變化趨勢幾乎一致,意味著拉伸過程中結(jié)晶度的變化導(dǎo)致了應(yīng)變硬化現(xiàn)象。
[Abstract]:As a kind of environment-friendly polymer, Polylactic acid (PLA) has good biocompatibility and biodegradability. It has a broad application prospect in drug loading, biological scaffold, bone tissue regeneration and so on. However, due to the slow crystallization rate, amorphous products are easily formed in the process of practical processing, which greatly reduces its thermal stability and mechanical properties, which limits the practical application of the material. Many studies have shown that reprocessing polylactic acid (annealing, external force field, etc.) is an important means to change the microstructure of polylactic acid products and then change their properties. Therefore, the cold crystallization behavior of polylactic acid amorphous films under the condition of temperature and stress field is studied by in situ infrared detection technique. The main contents are as follows: (1) Polylactic acid films were prepared by solution method. Poly (lactic acid) quenched samples were obtained by melt-quenching method. The initial samples were characterized by WAXD,DSC and FTIR. It is found that the as-quenched polylactic acid samples are amorphous. (2) in situ FTIR analysis is used to study the structure evolution of polylactic acid amorphous samples during annealing and the effect of temperature on the perfection of polylactic acid crystal structure is discussed. The results show that there is a critical crystallization temperature between 63~68oC. When the annealing temperature is higher than the critical crystallization temperature, the amorphous polylactic acid sample can realize the cold crystallization behavior through the local adjustment of molecular chain, whereas the cold crystallization will not occur. The formation of mesophase is always realized by the conformational order of molecular chain and the adjustment of stacking between molecular chains. The higher the annealing temperature, the higher the annealing temperature. The earlier the mesophase appears, the more regular the final crystal structure is. (3) the structure evolution of the amorphous polylactic acid sample and its relationship with mechanical behavior are studied by in situ polarization FTIR technique and a micro tensile hot table. The effect of temperature on the cold crystallization behavior of polylactic acid was discussed. The results show that the structure of the sample needs to be adjusted in the early stage of crystallization. There is no mesophase in the tensile process, and the transition from amorphous phase to crystalline phase occurs directly, and the stacking between molecular chains is more regular due to the orientation of the sample during in-situ stretching. After the critical crystallization strain, the crystallinity of the sample increases rapidly, which makes the crystal structure more and more perfect. When the tensile temperature is lower than 63oC, the effect of strain induced polylactic acid crystallization is mainly affected by deformation, but when the tensile temperature is higher than 63oC, the effect of thermal driving force becomes more and more obvious. Thus, the molecular chain stacking is accelerated and the critical orientation of the amorphous phase in the precrystalline phase is reduced. In addition, the phenomenon of strain hardening occurs when the critical crystallization strain is higher than the critical crystallization strain, which is almost consistent with the trend of tensile temperature on crystallinity, which means that the change of crystallinity in tensile process leads to strain hardening.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O633.14

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本文編號：2283398