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热处理对生物可降解PBST纤维弹性和降解性能的影响

作　者: 高佳佳
导　师: 俞建勇；李发学
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)纤维 热处理 弹性 生物降解
分类号: TQ340.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来,合成纤维的广泛应用使有限的石油资源储藏量和高速增长的需求之间的矛盾日益突出,而且大量合成纤维的使用也带来了一系列的环境污染问题。聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)纤维作为一种新型的环境友好型聚酯材料,既具有脂肪族聚酯的生物降解性能又具备芳香族聚酯良好的物理加工性能,同时还有良好的生物相容性,因此具有广泛的应用前景。本文在前人研究的基础上,通过系统的实验分析了PBST纤维的弹性机理,以及热处理后PBST纤维聚集态结构和弹性性能的变化。在热处理的基础上,讨论了影响PBST纤维酸解、碱解和酶解过程的因素,并通过实验结果进一步揭示了PBST纤维的水解和酶解机理。通过拉伸实验、广角X射线衍射(WAXD)和小角X射线散射(SAXS)等测试PBST纤维的弹性性能和晶型转变,得出结论：PBST纤维具有较高的断裂伸长率、较低的初始模量和良好的弹性回复率,其晶型转变只发生在拉伸过程中,伸长率低于30%时,大分子链中主要存在α晶型；伸长率在30%-35%时,α晶型逐渐转变为β晶型；当伸长率超过35%时,完全转变为β晶型。将PBST纤维置于不同的热处理条件下进行热定型,结果表明：随着牵伸倍数的增加,PBST纤维的断裂强度逐渐增加,弹性回复率整体减小,结晶度和双折射率逐渐增加；随着定型温度的增加,PBST纤维的断裂强度逐渐增加,弹性回复率整体减小,结晶度降低,取向度增加。在不同的定型时间条件下,PBST纤维的聚集态结构和弹性无明显变化规律。在不同pH值条件下,PBST纤维的水解速度快慢表现为酸性>碱性>中性；结晶度和断裂强度都是先增加后减小,增加程度表现为酸性>碱性>中性；伸长率在水解过程中呈现不规律的变化,并且pH值的变化对其降解过程没有明显的影响趋势。在不同温度条件下,温度越高,PBST纤维降解速度越快；40℃时,结晶度随降解时间的延长先增加后减小,80℃时,结晶度整体下降；80℃降解一段时间后,PBST纤维呈碎屑甚至粉末状,完全丧失机械强力。在酶解过程中,不同取向度的PBST纤维降解速度相差不大；不同结晶度的PBST纤维,结晶度越大,酶解速度越慢,这与聚集态结构对水解过程的影响结果相同。随着酶解时间的延长,PBST纤维的结晶度和断裂强度都是先增加后降低,并且酶解过程中结晶度和断裂强度的增加程度明显高于酸解和碱解。随着酶解时间的延长,PBST纤维的伸长率没有明显的变化规律。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 前言  11-23
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 生物可降解共聚酯高分子材料概述  12-17
    1.2.1 定义与分类  12-13
    1.2.2 研究现状和进展  13
    1.2.3 共聚酯PBST材料的合成与加工  13-15
    1.2.4 共聚酯PBST材料的结构与性能  15-17
  1.3 聚酯纤维弹性概述  17-18
  1.4 聚酯纤维生物降解性能概述  18-19
  1.5 PBST纤维的应用前景  19-20
  1.6 本论文的工作设想  20-23
第2章 PBST纤维的热处理及其弹性变化  23-31
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验部分  24-25
    2.2.1 样品制备  24
    2.2.2 试样处理  24-25
  2.3 测试仪器和测试方法  25-26
    2.3.1 弹性测试  25
    2.3.2 取向度测试  25
    2.3.3 结晶度测试  25-26
  2.4 结果与讨论  26-30
    2.4.1 牵伸倍数对PBST纤维结构性能的影响  26-27
    2.4.2 热处理温度对PBST纤维结构性能的影响  27-29
    2.4.3 热处理时间对PBST纤维结构性能的影响  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 PBST纤维的弹性机理探究  31-41
  3.1 引言  31-32
  3.2 实验原料  32
  3.3 测试仪器与测试方法  32-33
    3.3.1 拉伸性能测试  32
    3.3.2 广角X射线衍射(WAXD)测试  32-33
    3.3.3 小角X射线散射(SAXS)测试  33
  3.4 结果与讨论  33-39
    3.4.1 拉伸性能  33-36
    3.4.2 广角X射线衍射(WAXD)测试结果  36-38
    3.4.3 小角X射线散射(SAXS)测试结果  38-39
  3.5 本章小结  39-41
第4章 热处理对PBST纤维水解性能的影响  41-55
  4.1 引言  41-42
  4.2 实验部分  42-43
    4.2.1 实验样品及材料  42
    4.2.2 实验准备  42-43
    4.2.3 水解实验  43
  4.3 测试仪器与方法  43-44
    4.3.1 失重率测试  43
    4.3.2 结晶度测试  43-44
    4.3.3 弹性测试  44
  4.4 结果与讨论  44-52
    4.4.1 实验条件对PBST纤维水解性能的影响  44-47
    4.4.2 聚集态结构对PBST纤维水解性能的影响  47-49
    4.4.3 水解对PBST纤维结构性能的影响  49-52
  4.5 本章小结  52-55
第5章 热处理对PBST纤维生物降解性能的影响  55-67
  5.1 引言  55-56
  5.2 实验部分  56-57
    5.2.1 实验样品及材料  56
    5.2.2 试样准备  56
    5.2.3 酶解实验  56-57
  5.3 测试仪器与测试方法  57-58
    5.3.1 失重率测试  57
    5.3.2 结晶度测试  57
    5.3.3 弹性测试  57-58
    5.3.4 核磁共振(~1H NMR)  58
  5.4 结果与讨论  58-64
    5.4.1 聚集态结构对PBST纤维生物降解性的影响  58-60
    5.4.2 生物降解对PBST纤维结构性能的影响  60-64
  5.5 本章小结  64-67
第6章 结论与展望  67-69
  6.1 本文结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 一般性问题 > 基础理论
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