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许多可生物降解的脂肪族聚酯类高分子存在多晶型现象,然而关于多晶型结构影响聚合物生物降解性能的研究却非常少。研究具有多晶型结构的高分子材料的聚集态结构与生物降解行为,可进一步了解多晶型的结构、尺寸以及热力学稳定性与生物降解性之间的关系。研究结果可以为生物降解高分子材料的性能调节提供新的理论依据,满足生物降解高分子在不同领域应用的要求。因此,本论文工作主要以具有多晶型结构的聚己二酸丁二酯(PBA)为研究对象,考察了其多晶型的结构、分子链的运动性以及相转变行为对生物降解性能的影响,此外对研究过程中发现的特殊的环带球晶的物理现象也进行了研究。
本工作首先通过改变等温结晶的温度和非等温结晶的降温速率两种方法制备了具有多晶型结构的PBA。然后对多晶型结构的生物降解行为进行了研究,发现具有较大晶体尺寸的α晶体生物降解速率比晶体尺寸小的β晶体生物降解速率快。对聚(己二酸丁二酯-co-对苯二甲酸丁二酯)[P(BA-co-BT)]脂肪族芳香族共聚物的研究发现,当BT含量低于25mol%时,共聚物与均聚物PBA一样具有相同的多晶型现象,共聚物的生物降解速率随刚性BT含量的增加而下降。本文从固态微观结构的角度解释了共聚物的这种生物降解行为,提出了分子链运动性下降是影响聚合物生物降解行为的根本原因这一观点。本工作还针对均聚物和共聚物多晶型中存在的相转变现象进行了研究,结果表明,相转变过程中α晶体含量的变化与片晶增厚效应共同影响聚合物的生物降解行为。
对于PBA的混晶形成的特殊环带球晶,本工作利用PBA多晶型不同的生物降解规律研究了环带球晶的结构,并进一步分析了环带球晶的生成机理。结果表明,晶体生长前端的温度波动是导致α和β晶体在片晶在径向方向上交替生长从而形成环带球晶的根本原因。
另外,本论文工作还研究了与PBA具有相似化学结构的聚己二酸乙二酯(PEA)的熔融行为,发现了其熔点与结晶温度关系曲线上存在跳跃区域的现象,结合傅立叶变换红外光谱(FFIR)、广角X射线衍射(WAXD)和偏光显微镜(POM)等结果,推测这种跳跃性与聚合物的结构变化有关。