聚乳酸的熔融扩链及纤维成型研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要本文利用高活性的有机小分子扩链剂2，2’一双．(2-嗯唑啉)(BOZ)和亚磷酸三苯酯(TPP)，在反应型双螺杆挤出机里对低粘度的聚乳酸进行熔融扩链，通过这种廉价高效的方式获得了高分子量的聚乳酸，并且采用纺丝拉伸二步法进行了聚乳酸的试纺，制得了聚乳酸纤维。论文探讨了BOZ和TPP扩链的机理，认为BOZ的扩链属于亲核开环加成反应，而TPP的扩链属于酯交换反应。论文还讨论了扩链剂的用量、反应温度、反应时间(螺杆转速)等因素对扩链反应的影响，结果表明：BOZ在温度为210℃，螺杆转速为40"--45r／min，用量为0．7wt％时，

2、达到最佳扩链效果；TPP在温度为190℃，螺杆转速为20r／min，用量为1wt％时达到最好的扩链效果。文章通过现代高分子的测试手段，对扩链聚乳酸(PLLA)的分子结构、热稳定性能、流变性能等进行了研究。结果如下：凝胶色谱分析(GPC)分析表明，BOZ比TPP的扩链效果好，以其扩链后聚乳酸的数均分子量增加到八万以上，分布系数为1．85。核磁共振谱(1H-NMR和13C．NMR)分析得知，扩链后聚乳酸的消旋度比原样有小幅增加，光学纯度相应降低，但丙交酯残留减少。热失重(TGA)分析表明，BOZ和TPP都能有效提高聚乳酸的热稳定性，但在提高起始分解温度(T

3、onset)上，TPP比BOZ的效果好，能提高60℃左右；而在提高最大分解速率温度(Tpeak)上，BOZ的提高效果更好。差示扫描量热分析(DSC)和广角X．射线衍射分析(Wf6ⅨD)表明，扩链后聚乳酸的结晶性能有所下降，熔点、软化点也相应有所下降。通过对聚乳酸的流变性能的研究，发现PLLA熔体的表观粘流活化能随剪切速率的增加而减小，且其表观活化能值较高，表明熔体的表观粘度对温度的变化比较敏感，故在纺丝过程中要严格控制温度。论文还对扩链后的聚乳酸进行了熔融纺丝研究。通过对切片的干燥工艺分析，发现：聚乳酸的含水率随干燥温度的升高和干燥时间的延长而减小，但

4、趋势逐渐缓和；在一定范围内粘均分子量随干燥温度升高有小幅提高，但温度超过某一值后，随着时间的延长，反而有所下降；分子量的分布随温度升高也有所改善。对不同拉伸倍数下的聚乳酸纤维的结构与力学性能的分析表明：在一定的研究范围内，PLLA纤维的取向度和结晶度随拉伸倍数的增加而增加；在力学性能上表现为PLA纤维的纤度变小，断裂强力增加，而断裂伸长率则降低。I浙江理工大学硕士学位论文关键词：聚乳酸，熔融扩链，2，2’-双一(2一嗯唑啉)，亚磷酸三苯酯，流变性，热稳定性，熔融纺丝n浙江理工大学硕士学位论文Studyinthechainextensionandthef

5、iberformingaboutPLLAAbstractInordertoobtainhighmolecularweightpolylactideacid(PLLA)bymea_rkqofamethod、)l，itllgreatefficiencyandcheapness，inthispaper,twohighlyactivechemicalchainextenders，bisoxazoline(BOz)andtriphenylphosphite(TPP)，wereusedtoextendthechainoflowmolarmassPLLAintwin

6、·screwextruder．Thepolylactidefiberwaspreparedbytraditionaltwo—stepprocess(meltextrusionandhotdraw)．WeprobedthemechanismofthechainextensionbyBOZandTPPanditWasbelievedthatthereactionbehaviorsofBOZpertaintotheaddingtype，whilethatofTPPwastransesterification．Wealsodiscussedtheinfluen

7、cesofthedosage，thereactiontemperatureandthereactiontime(screwrevolutionspeed)onthechainextension．ForBOZthebestresultswerefoundwhenthetemperaturewas210"(2，thescrewrevolutionspeedwas40"-,45r／minandthedosagewasO．7wt％，whilethatofTPPwas190℃，20r／min,1wt％．Themolecularstructure，thermals

8、tabilityandrheologicalbehaviorofthePLLAwerestud