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可降解三嵌段共聚物PLLA-PBA-PLLA研究

閱讀:2147      發(fā)布時(shí)間:2021-9-13
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聚己二酸丁二醇酯[Poly(1,4-butylene adipate),PBA]是一種具有溫度依存性多晶形態(tài)的脂肪族聚酯,,它易于降解并且具有良好的生物相容性,,因此在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值,。

在不同的熔融結(jié)晶溫度下,,PBA可分別形成α,β,,α+β的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,并且已有研究表明PBA的多晶形態(tài)與它的結(jié)晶形貌以及性能息息相關(guān)

目前大部分研究通過共混,、添加成核劑等物理方法或是合成無規(guī)共聚物的化學(xué)方法調(diào)控PBA的多晶性,,規(guī)整的嵌段共聚物中PBA的結(jié)晶性與多晶行為鮮少被研究。

通過縮聚與酯化反應(yīng)合成羥基封端的PBA,,將羥基封端PBA作為大分子引發(fā)劑,,進(jìn)一步通過丙交酯開環(huán)聚合將PLLA段連接在PBA段兩端,合成不同分子量三嵌段共聚物,。

PLLA-PBA-PLLA,、是三種嵌段共聚物中PLLA段分子鏈最短的,這導(dǎo)致其PLLA部分在整個(gè)分子鏈中所占比重小,PBA 段所占比重大,所以 PLLA-PBA-PLLA|PLLA的結(jié)晶峰相對(duì)PBA結(jié)晶峰強(qiáng)度較弱,。

雖然PLLA-PBA-PLLA,、的 PBA結(jié)晶峰與PBA共聚物相比稍弱,但是與其它兩種分子量的嵌段共聚物相比,,仍然是PLLA-PBA-PLLAyPBA段的結(jié)晶峰更明顯,,TePBA也更高。隨著嵌段共聚物中PLLA分子鏈長度的進(jìn)一步增加,,PLLA-PBA-PLLAPLLA-PBA-PLLA3PLLA的結(jié)晶峰強(qiáng)度增加,,PBA 的結(jié)晶峰強(qiáng)度降低。這是因?yàn)?/span>PLLA-PBA-PLLAn中兩端PLLA含量增多,,所占比重增大,,對(duì)作為中間段的PBA嵌段的限制作用隨之增加。PLLA-PBA-PLLAnPLLA 在緩慢的降溫過程中先發(fā)生結(jié)晶行為,,隨后降到PBA的結(jié)晶溫度后,,PBA段在PLLA 的晶區(qū)與非晶區(qū)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行后續(xù)結(jié)晶,因此可以確定一步非等溫結(jié)晶過程中PLLA段存在結(jié)晶行為對(duì)PBA段的分子鏈做規(guī)整排列產(chǎn)生了限制,。

我們使用羥基封端的 PBA作為大分子引發(fā)劑,,保持PBA鏈長度恒定而改變PLLA鏈長,設(shè)計(jì)并合成了一系列基于可生物降解PLLAPBA的新型ABA型三嵌段共聚物PLLA-PBA-PLLAn,。


PLLA鏈長對(duì)PLLA-PBA-PLLA的熱性能、結(jié)晶形態(tài),、特性的影響:

(1)GPC測定三嵌段聚合物的數(shù)均分子量為10.9-22.7kg/mol,。

(2) 'H-NMR測定合成的羥基封端的PBA與嵌段共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu),確定成功合成了PBA作為中間嵌段,,兩端連接PLLA嵌段的PLLA-PBA-PLLA三嵌段共聚物,。

(3) PLLA-PBA-PLLA,PLLAPBA非等溫結(jié)晶、等溫結(jié)晶和熔融行為,,隨著PLLA-PBA-PLLA共聚物中PLLA含量的增加,,PBA 的結(jié)晶溫度降低,PBA的成核與分子鏈運(yùn)動(dòng)受到PLLA的限制,。

(4) PLLA-PBA-PLLA,中分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成進(jìn)行分析,,將嵌段共聚物與PBAPLLA均聚物進(jìn)行對(duì)比,,沒有明顯的峰位移,。

(5)利用WAXD對(duì)嵌段共聚物不同熱程序下的結(jié)晶行為進(jìn)行了探究,并深入探究了嵌段共聚物中PBA 段在 PLLA 段連在兩端的情況下,,其多晶形態(tài),,臨界溫度以及相轉(zhuǎn)變行為。嵌段共聚物中的PBA依然存在包含α,3,,a+β的多品形態(tài),,并且 PLLA-PBA-PLLA中也可以發(fā)生相轉(zhuǎn)變行為。PLLA-PBA-PLLATc18°C時(shí),,其中 PBA形成純?chǔ)戮奂瘧B(tài)結(jié)構(gòu);19CT.27°C時(shí),,其中 PBA形成α+β聚集態(tài)結(jié)構(gòu);T28°C時(shí),其中 PBA形成β聚集態(tài)結(jié)構(gòu),。PLLA-PBA-PLLA,、中 a, α+β,β晶型的臨界溫度降低了,,并且形成α+β混合型聚集態(tài)的結(jié)晶溫度區(qū)段變寬,。

(6)PLLA-PBA-PLLAnPLLA PBA分級(jí)結(jié)晶下的球晶形貌,發(fā)現(xiàn)PBA 的后續(xù)結(jié)晶發(fā)生在PLLA的晶區(qū)間隙或無定形的基礎(chǔ)上,。表明PLLA-PBA-PLLAnPLLA對(duì)PBA結(jié)晶存在限制作用,而PBA結(jié)晶對(duì)PLLA結(jié)晶沒有太大影響,。此外,,POM結(jié)果還直觀展現(xiàn)了PLLA-PBA-PLLAn中的微相分離結(jié)構(gòu)。

(7)TGA結(jié)果中觀察到了對(duì)應(yīng)于每個(gè)嵌段的兩步熱降解行為,,PLLA-PBA-PLLA,。中PLLA PBA的相互作用并未明顯提高其熱穩(wěn)定性。

PBA作為代表性的脂肪族聚酯,,其降解性能與結(jié)晶行為息息相關(guān),,卻由于其低分子量及機(jī)械性能導(dǎo)致應(yīng)用受限。通過共混,、成核劑等物理方法對(duì)PBA改性處理,。

選擇良好機(jī)械性能與高結(jié)晶溫度的PLLA,通過共聚的方法,,將PLLA段連接在PBA段兩端,。由于共價(jià)鍵的化學(xué)作用,PLLA-PBA-PLLAnPLLA 段與PBA段分子鏈之間存在相互作用力,。因此二者不僅結(jié)晶性能相互影響,,也能通過分子鏈的作用與結(jié)晶行為進(jìn)一步調(diào)控二者的熱穩(wěn)定性能甚至機(jī)械性能等。




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