理论教育 聚左旋乳酸结晶研究的最新进展

聚左旋乳酸结晶研究的最新进展

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:聚左旋乳酸由于其可再生、无毒、可生物降解、生物相容性好等优点,在近几十年里备受研究者、环保者关注。聚左旋乳酸已知的三种形式晶型转变,即α,β和γ的形式,以及一个新的准晶,命名为α′晶型。虽然有关研究通过各种方式对聚乳酸高压下的结晶行为进行了探索,但对聚乳酸在高压下的熔融结晶行为还未见研究报道。

聚左旋乳酸结晶研究的最新进展

随着高分子科学的发展,塑料给我们带来了生活的便利。然而大量的废塑料已经成为一个严重的环境问题。我们生活在塑料时代,全球每年生产超过3亿吨塑料,其中5亿~15亿吨流入已经被污染的海洋。聚左旋乳酸(PLLA)由于其可再生、无毒、可生物降解、生物相容性好等优点,在近几十年里备受研究者、环保者关注。

此外,PLLA具有独一无二的性能,如模量高、强度高、透明度好,因此,它已广泛应用于包装纺织和组织工程领域,使其成为石油基商品聚合物最有潜力的替代品之一。由于其在室温下的脆性限制了其应用,PLLA通常与增塑剂混合,以改善其脆性行为,提高应用性能。与上述方法相比,通过控制结晶条件来调节PLLA的晶体结构和形态也可以有效提高其抗冲击能力,但可以避免聚左旋乳酸的脆性行为。

聚左旋乳酸(PLLA)已知的三种形式晶型转变,即α,β和γ的形式,以及一个新的准晶,命名为α′晶型。不同晶体结构的形成取决于各种加工条件,包括温度、剪切和拉伸。最常见的α晶型在传统熔体和熔融结晶条件下获得,在结晶温度低于100℃时形成α′晶型。伸展的α晶型在高倍拉伸和高温(如在熔体或熔融)纺丝纤维的热拉伸下获得β晶型,更加有序的晶型γ也被同一研究报道。(www.daowen.com)

然而,关于PLLA高压结晶行为的文献报道甚少。Ahmed等(2009)研究发现,当处理压强增加到约650 MPa时,PLLA的结晶度明显降低。Huang等(2010)报道通过时间分辨同步加速器小角度X射线散射(SAXS)观察到,100 MPa以上的压强下获得α′晶体结构转换为α结构。我们也曾研究过非晶PLLA高压下的结晶行为,发现α′晶只在一个有限的温度和压强范围内形成。最近,Ru等(2016)利用自制的加压剪切装置研究了PLLA在剪切和压力共存条件下的结晶形态和结构;他们直接通过PLLA熔体结晶获得了β晶型。因此,采用拉伸和加压等方式研究PLLA的结晶行为和微观结构,无论是对其潜在应用,还是对其结晶机制的理解都具有重要的意义。

虽然有关研究通过各种方式对聚乳酸高压下的结晶行为进行了探索,但对聚乳酸在高压下的熔融结晶行为还未见研究报道。在本章中,主要讲述压强对熔体PLLA等温结晶行为的影响。通过对熔融的PLLA在不同温度和压强下进行制备,并分别用差示扫描量热法(DSC)和广角X射线衍射法(WAXD)研究PLLA晶体的结构和熔化行为。研究发现在一定的温度和压强范围内,PLLA存在多种晶体形式。此外,研究还发现压缩速率对PLLA熔体结晶过程的影响,压缩速率越高,PLLA越容易形成非晶相,并根据PLLA的相图讨论了高压下PLLA的结晶机理。

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