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聚乳酸(PLA)是一种以玉米,马铃薯等可再生资源制备的生物降解材料,使用后能在微生物中完全降解,最终生成二氧化碳和水,进入土壤中被植物吸收而完成一次碳的循环。是一种典型的绿色聚合物,符合可持续发展的要求。PLA机械性能良好,能通过吹塑、挤出、纺丝、拉伸等方法加工成型,而且PLA生物相容性很好,也可用于医药领域例如医用缝合线、一次性输液用具、药物控释载体、骨科内固定材料、组织工程支架等。但作为工程塑料应用还非常有限,这主要是由于PLA较慢的结晶速率和较高的结晶温度所造成的,通过添加成核剂可以有效提高PLA的结晶性能。
本文采用有机金属磷酸盐(NA)作为成核剂,并通过溶液共混法制备了左旋聚乳酸/有机金属磷酸盐(PLLA/NA)复合材料。采用DSC研究了PLLA/NA复合材料的等温结晶动力学和非等温结晶动力学,通过偏光显微镜研究了复合材料的球晶形貌、生长过程以及晶体生长动力学。通过对PLLA/NA复合材料的结晶动力学的研究不仅为掌握PuA的结晶性能,获得预期的凝聚态结构提供依据,也为获得不同结晶性能的PLLA材料的最佳成型工艺奠定理论基础。
用DSC对PLLA/NA复合材料的等温结晶研究表明,随着等温结晶温度的升高,结晶时间越来越长,结晶后熔融出现的双峰逐渐靠拢,最终形成单峰。用Avrami方程分析PLLA/NA复合材料的等温结晶动力学,NA能有效提高PLLA的结晶速率,降低PLLA的结晶活化能。PLIA以及PLLA/NA复合材料的Avrami指数n均在2.0-2.5之间,说明它们成核机理和生长方式类似。
用DSC对PLLA/NA复合材料的非等温结晶研究表明,NA能有效的提高PLLA的结晶度。NA对PLLA结晶过程的影响是成核效应和阻碍分子链运动的双重作用,降温速率较低时,NA对PLLA的效果是成核作用和阻碍作用的协同效应,试样的结晶度随着NA含量的增加先减小再增大然后又减小,降温速率较高时,NA对PLLA的阻碍作用占主导,随着NA含量的提高,PLLA的结晶度逐渐减小。用三种非等温结晶动力学模型表征了PLLA/NA复合材料在不同降温速率下的结晶行为,发现Jeziony方程能很好的描述材料的非等温结晶动力学,而Ozawa方程、莫志深方法在处理NA含量较低的PLLA/NA复合材料有良好的线性关系。
以偏光显微镜研究PLLA/NA复合材料的晶体生长发现,复合材料等温结晶时晶体半径基本随着时间延长呈线性增长。而且随着NA含量的提高,PLLA晶体生长速率逐渐减小。NA的加入使得体系的晶体尺寸减小,密度增加,且结晶速率加快。以非等温结晶条件下晶体半径随温度的关系求得等温晶体生长速率的结果表明,NA的加入能提高PUA最大结晶速率所需的结晶温度。而且在相同结晶温度下,随着NA含量的增大,体系粘度增大使得曲线向左偏移,PLLA晶体生长速率逐渐降低。