理论教育 研究PLLA结晶行为的优化探索

研究PLLA结晶行为的优化探索

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前已知的PLLA的晶型有3种,分别是α、β、γ。黄星源对质量分数0.1%的PLLA/二甲苯的混合溶液,在90℃等温结晶10 h后搅拌,然后改变温度做等温结晶的实验研究。实验发现不同的结晶温度出现了不同的PLLA结晶形态,在晶体的后续生长过程中,当温度高于85℃时,晶体最终形成菱形晶。实验还分析了搅拌对PLLA的结晶行为的影响,研究指出搅拌对于晶体内部增厚、晶体的后续成核以及晶体的转变都有至关重要的作用。

研究PLLA结晶行为的优化探索

目前已知的PLLA的晶型有3种,分别是α、β、γ。其中,斜方晶系的α晶型最为常见。α晶是De Sanctis和Kovacs在研究PLLA时发现的。α晶是由螺旋的PLLA分子链段构成的正交晶系,平均每个晶胞中含有两个螺旋的分子链。β晶是Eling和Gogolewski等(1982)在研究PLLA纤维的实验中发现提出的一种晶型。关于β晶的晶格参数与晶型结构仍有很多的疑问,需进一步研究。γ晶是Cartier等(2000)通过外延生长的方法首次获得的一种晶型。目前研究发现γ晶只能在六甲基苯上通过外延生长的方法获得。

图7-2 层晶的重组与增厚的示意图

Kalb和Pennings(1980)在对PLLA普遍的结晶行为的研究中发现了在质量分数为0.08%的甲苯溶液中持温(55℃)一段时间,出现了增厚的菱形层晶;实验还发现PLLA在质量分数为0.08%的对二甲苯溶液中持温(90℃)一段时间后形成了增厚的截角菱形层晶。

Iwata和Doi(1998)在观察PLLA单晶形态及酶催化降解的实验中,将PLLA在130℃溶解15 min配制了质量分数约为0.06%的对二甲苯溶液,在90℃等温结晶24 h后缓慢降温至室温,得到了增厚的标准菱形层晶(锐角为60°,钝角为120°)与六角层晶(六个角都大约为120°)。

黄星源(2009)对质量分数0.1%的PLLA/二甲苯的混合溶液,在90℃等温结晶10 h后搅拌,然后改变温度做等温结晶的实验研究。实验发现不同的结晶温度出现了不同的PLLA结晶形态,在晶体的后续生长过程中,当温度高于85℃时,晶体最终形成菱形晶。实验还分析了搅拌对PLLA的结晶行为的影响,研究指出搅拌对于晶体内部增厚、晶体的后续成核以及晶体的转变都有至关重要的作用。(www.daowen.com)

Huang等(2010)探讨了质量分数为0.3%PLLA/(对-,邻-)二甲苯溶液中PLLA的结晶行为。实验观察了不同结晶时间的PLLA结晶形态,发现不同培养时间对于PLLA最终的结晶形态没有影响,最终都形成了截角菱晶(Truncated Lozenge)。实验认为搅拌能促进PLLA的结晶成核,有利于晶体的后续成长。

Ungar和Putra(2001)指出PLLA在结晶前,会在溶液中形成一种预有序的分子链,通过这种预有序PLLA链能够很好地对PLLA在溶液中的结晶行为进行解释,但文中指出这种预有序的分子链需要进一步的实验证明。

以上文献都一致认为PLLA的透镜菱晶的增厚是从中心六边形区域开始的,六边形区域的扩展速率要大于透镜菱晶的成长速率,最终形成大小可观的六边形。随着时间的延长,发现截角菱晶(六边形)的厚度并无很显著的变化,截角菱晶的生长也只集中在边缘的截角区域。

综上所述,我们可以作出以下推论,90℃时PLLA在PLLA/二甲苯混合溶液中的结晶形态随着时间的延长,由透镜菱形晶逐渐转变为截角菱晶。在结晶过程中,搅拌对于结晶成核、晶体的形态的改变也是一个决定因素。和以上文献的压强条件相比,高压能使溶液中PLLA的自由体积减小,能定向地诱导PLLA链段的聚集,增强PLLA分子链相互作用以及分子链段的伸张。所以,在PLLA溶液结晶过程中,高压将会影响晶体的体积、空间构象以及形态。

研究高压下PLLA溶液结晶行为不仅是对聚合物结晶成长理论在高压领域的重要补充,也完善了聚合物结晶成长理论中晶型转变与晶型结构的理论机制,进一步推动了聚合物结晶成长理论的发展。

对于工业应用方面,由于PLLA的结晶行为与晶型对PLLA的降解、力学等物理性质有着至关重要的影响。探讨高压下PLLA的溶液结晶行为,对于PLLA的制备方法和合成工艺有着重要的指导意义,将促进PLLA在实际生活中的应用与发展。

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