聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/聚乳酸纤维的制备及其性能

聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)(P34HB)是极具前景的生物基可降解材料,但结晶慢且加工黏度大等因素使其难以直接熔纺制备纤维。左旋聚乳酸(PLLA)与P34HB化学结构相似,加工温度接近,与P34HB具有协同增强作用。采用熔融纺丝法制备P34HB含量为30%的P34HB/PLLA纤维,研究纤维的力学性能、热稳定性能以及结晶性能。结果发现,2000 m/min的卷绕速率下制备的P34HB/PLLA预牵伸纤维(POY)经1.40、1.75倍牵伸和定形后得到的全牵伸纤维(FDY-1和FDY-2)的断裂强度分别为1.66、2.29 cN/dtex,断裂伸长率分别为33.3%、28.8%;差示扫描量热仪(DSC)测试结果显示,POY、FDY-1、FDY-2结晶度分别为62.51%、62.05%、61.36%;XRD衍射仪测试结果也表明POY的结晶度与FDY结晶度相近,这表明在POY成形过程中,纤维中的结晶已经接近完成,P34HB提高了PLLA结晶效率。

聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)共混纤维的结构及其织物染色性能

聚乳酸(PLA)与聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)共混纺丝是改善聚乳酸(PLA)纤维的耐热性和柔韧性的方法之一。为了揭示共混纤维结构对其织物染色性能的影响规律,借助热重分析仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪等手段分别对共混纤维和PLA纤维的微结构和热性能进行分析。采用高、中、低温3类分散染料,对2类纤维织物的染色升温速率曲线、提升性和各项染色牢度等性能进行了比较。结果表明:共混纤维中PLA与PHBV两相分离,PLA相具有与PLA纤维相似的晶型结构,其结晶度较高,而PHBV相中形成较低的结晶;与PLA纤维相比,共混纤维的熔点较高,玻璃化温度稍低,因此其能在较低的温度下达到上染平衡;在相同的染色条件下,共混纤维织物的表观染色深度几乎是PLA织物的2倍;2类纤维织物的耐皂洗色牢度性能均不够理想。

重组大肠杆菌转化甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸

聚羟基脂肪酸酯作为性质优良的生物塑料,引起了广泛的关注。由于聚羟基脂肪酸合成酶PhaC特异性较强,难以通过生物合成方法获得含乳酸单体聚合物。为了实现乳酸的聚合,PhaC的筛选至关重要。以甘油为底物,通过引入Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶DhaB123及其激活因子GdrAB以及Salmonella typhimurium LT2的丙醛脱氢酶基因PduP,获得3-羟基丙酰辅酶A;通过引入Megasphaera elsdenii DSM 20460的丙酰辅酶A转移酶PCT,获得乳酰辅酶A;并对3种不同聚羟基脂肪酸合成酶的作用进行考察。在Pseudomonas putida的原始酶PhaC1或者PhaC2的作用下,不能实现乳酸的聚合;而在双位点突变（Ser325Thr和Gln481Lys）的PhaC1（STQK）存在条件下,重组菌可以利用甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸。经过对溶氧、有机氮源等发酵条件的优化,聚3-羟基丙酸-co-乳酸的产量可以达到0.22g/L,占细胞干重的3.2%,是含乳酸单体聚合物生物合成研究的一次有益尝试。

聚乳酸/聚3-羟基丁酸-戊酸酯共混纤维及其雪尼尔纱的染色动力学

为进一步了解生物可降解聚乳酸/聚3-羟基丁酸-戊酸酯(PLA/PHBV)共混纤维及其雪尼尔纱的染色性能,提高对含生物可降解聚酯纤维雪尼尔纱染色技术的可控性,研究了PLA/PHBV纤维及PET/(PLA/PHBV)雪尼尔纱的染色性能,探究了C.I.分散红60在雪尼尔纱及其原材料纤维上的染色动力学,并对各纤维的生物可降解性能进行了研究。结果表明:C.I.分散红60在PLA/PHBV纤维及PET/(PLA/PHBV)雪尼尔纱上的上染率随着温度的升高而明显提升,但为兼顾纤维的力学性能,染色温度不宜超过110℃;C.I.分散红60在PET纤维、PLA/PHBV纤维及雪尼尔纱3种材料上的吸附均符合准二级动力学方程,其在PLA/PHBV纤维上的染色平衡吸附量最高,在PET纤维上的最低,并且随着染色温度升高,C.I.分散红60在3种材料上的染色速率加快,半染时间缩短,扩散系数增大;各纤维的降解效率均随土埋时间的延长而提高,其中PLA/PHBV纤维的降解性能最好,PLA纤维次之,且PLA或PLA/PHBV生物可降解聚酯纤维的存在,可加快PET纤维的降解速率。

聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/改性高岭土纳米复合材料的结晶、动态力学及流变行为

为提高聚乳酸(PLA)/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)(P(3HB-co-4HB))基体的综合性能,采用熔融共混法制备聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/改性高岭土(modified kaolin)纳米复合材料。利用DSC、DMA、旋转流变仪、扫描电镜(SEM)等对复合体系的结晶、动态力学性能、流变行为、表面结构等进行了研究。结果表明:复合体系的冷结晶温度逐渐变小,降低了12.5℃,结晶能力有所提高。此外,结晶度由21.65%增加到35.22%,提高了62.68%。DMA结果显示,随着改性高岭土添加量的增多,复合体系的储能模量E′和玻璃化转变温度出现先增大后减小的变化。熔融态下,复合体系的黏度随剪切速率的增大而减小,属假塑性流体。当体系中改性高岭土添加量为4%时,材料的缺口冲击强度有明显的改善。利用SEM发现,少量改性高岭土可以均匀地分散在PLA/P(3HB-co-4HB)基体中并能显著提高复合体系的韧性。

熔喷非织造用聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚乳酸双组分生物降解材料的可纺性能

采用熔融共混法制备了质量比为100/0、75/25、50/50、25/75、0/100的熔喷非织造用PHBV/PLA共混材料,分别采用热重分析法(TG)、熔融指数法(MFI)、热台偏光镜法(POM)和毛细管流变法对共混材料的可纺性能进行了研究,并对其初生纤维的纺丝性能给予了初步评价。研究表明:PHBV的热稳定性差,加工窗口窄且熔体流动性差,PHBV/PLA共混材料的热稳定性和熔体流动性明显改善;PHBV结晶速率快,PLA对PHBV的结晶具有稀释作用;PHBV/PLA共混物为典型的切力变稀型流体,PHBV对温度和剪切速率变化敏感度高,PHBV/PLA共混材料的表观黏度随PLA含量的提高而有所增大,但均小于纯PLA;PHBV纤维发黏现象严重,纺丝困难,随着共混材料中PLA含量的提高,纺丝性能提高,初生纤维表面变得光滑。

纺粘非织造用聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)的可纺性

为获得高质量的聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PLA/PHBV)双组分生物降解纺粘非织造材料,对PLA/PHBV母粒的相对分子质量及分布、熔体指数、热力学、结晶和流变性能进行了研究,并对PLA/PHBV纺粘纤维的热力学和结晶性能进行了探讨。结果表明:PLA/PHBV母粒重均分子质量约为120 000,分布指数为1.99;热失重起始热分解温度为285℃,适宜纺粘非织造挤出加工,合适的纺粘加工温度约为210℃。PLA/PHBV熔体在剪切速率小于1 000 rad/s时,表观黏度对剪切速率变化敏感;熔体对温度的敏感程度随着剪切速率的增大而降低。纺粘加工工艺对PLA/PHBV原料的热力学和结晶性能影响显著。与PLA/PHBV母粒相比,纺粘纤维结晶度下降明显,但非晶区取向程度提高。

聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚乳酸阻燃纤维的制备及其性能

为制备具有阻燃性的生物可降解纤维,将聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PHBV)、聚乳酸(PLA)和聚磷酸铵(APP)通过熔融共混方式制备PHBV/PLA/APP复合材料并进行熔融纺丝,同时对其热学性能、热稳定性、拉伸性能和阻燃性能进行表征。结果表明:APP的引入对复合材料的冷结晶温度和熔融温度没有明显影响;随着APP质量分数的增加,复合材料的热稳定性和残炭率提高;随着牵伸倍数的增加,PHBV/PLA/APP复合纤维的断裂强度增大,且其断裂强度随APP的质量分数的增加呈先增加后减小趋势,当APP质量分数为5%时,断裂强度出现最大值;复合纤维的阻燃性能随APP质量分数的增加而提高,当APP质量分数达到10%时,阻燃效果最佳,其极限氧指数为32.3%,阻燃等级达到V-0级,且燃烧过程中无熔滴现象。

生物可降解聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚乳酸共混物的相容性和结晶性

针对聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PHBV)热稳定性差、易分解的问题,通过与聚乳酸(PLA)采用熔融共混的方法制备不同质量比的PHBV/PLA共混物,借助差示扫描量热仪、热重分析仪、动态热机械分析仪和X射线衍射仪研究了PHBV/PLA共混物的相容性、热学性能和结晶性等,并用热台偏光显微镜观察了PHBV/PLA共混物的动态热结晶过程。结果表明:PHBV/PLA共混物呈现分离的熔融温度和玻璃化转变温度,X射线衍射曲线上没有出现新的衍射峰,说明PHBV和PLA的相容性较差;PLA的加入提高了PHBV的热稳定性,拓宽了PHBV的熔融加工窗口;随着共混物中PLA比例的增加,共混物的结晶相由"海-岛"相逐渐变成两聚合物分别连续成相。

聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)共混材料3D打印线材改性研究

采用熔融共混法制备聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(PLA/PHBV),以及分别添加苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(ADR)、柠檬酸三丁酯(TBC)的共混物PLA/PHBV/ADR和PLA/PHBV/TBC,通过注塑和熔融沉积成型(FDM)技术制备了标准测试样条,研究了添加ADR和TBC后对PLA/PHBV共混材料及三维(3D)打印样品热学性能和力学性能的影响。结果表明,PHBV结晶度均降低,加入ADR的注塑样品断裂伸长率最大提高到32%,加入TBC的注塑样品拉伸强度和冲击强度提高,断裂伸长率提高到2.8%;加入ADR的3D打印制品拉伸强度降低,断裂伸长率提高,添加TBC的3D打印制品相容性得到了明显的提升,通过扫描电子显微镜(SEM)观察无明显的颗粒相,拉伸强度在改性前后无明显变化。

殥扩链剂TMP-6000对聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)共混物性能的影响

以扩链剂TMP-6000为增容剂,采用熔融共混制备了聚乳酸(PLA)和聚(3-羟基丁酸-co-3羟基戊酸酯)(PHBV)复合材料,研究了TMP-6000对PLA/PHBV复合材料的结晶行为、微观结构、力学性能的影响。结果表明,无定形PLA的加入抑制了PHBV的结晶,TMP-6000的加入使得PLA/PHBV复合材料的结晶能力变弱,提高了PLA的冷结晶温度,且当TMP-6000含量为0.5%(质量分数,下同)时,PLA的冷结晶峰开始消失,且适量的TMP-6000使得PHBV的玻璃化转变温度(T g)升高;TMP-6000的加入使得PHBV均匀分散于PLA基体中,且当TMP-6000含量为0.7%时,PLA与PHBV的相容性最好;TMP-6000的加入显著提高了PLA/PHBV复合材料的分子量;TMP-6000提高了PLA与PHBV之间的结合力,提高了复合材料的拉伸强度,但断裂伸长率有稍微地降低。

聚丁二酸丁二酯/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/纳米高岭土熔融共混力学性能、流变及降解行为研究

用熔融共混挤出法制备的聚丁二酸丁二酯(PBS)/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[poly(3HB-co-4HB)]/纳米高岭土(nano Kaolin)复合降解材料;利用万能拉力机、旋转流变仪和SEM对其力学性能、流变行为、微观结构及降解性能进行研究。结果表明,PBS/poly(3HB-co-4HB)/nano Kaolin(100/10/8)复合降解材料的缺口冲击强度、断裂伸长率达到最大,此后随着nano Kaolin质量百分比增加,而呈下降趋势;在室外自然条件下,经过土埋一段时间后的降解实验,PBS/poly(3HB-co-4HB)/nano Kaolin(100/10/12)复合材料发生了明显的降解,复合降解材料的失重率也已经降到64%左右,说明材料的降解性能较好;纳米复合降解材料熔融剪切储能模量(G′),剪切损耗模量(G″)随着频率的增大呈单增趋势。

柠檬酸三乙酯改性聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的性能研究

用熔融模压法制备了柠檬酸三乙酯(TEC)增塑的4HB含量不同的聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]共混物,用差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)和拉伸试验对共混物的热性能、结晶结构和力学性能进行了表征,考察了增塑剂TEC的用量和4HB含量对共聚酯性能的影响。结果表明:随着TEC用量的增大,P(3HB-co-17%4HB)共聚酯体系的结晶度减小,其熔融温度、玻璃化温度和结晶温度降低,屈服强度、断裂强度及模量也降低,屈服伸长率增大;随4HB含量的增大,相同用量的TEC共混体系的熔点、玻璃化温度和结晶温度降低,屈服强度、断裂强度和模量减小。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的性能

采用毛细管流变仪、差示扫描量热仪、热失重分析仪及偏光显微镜(POM)研究了聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]的流变性能、热性能及结晶性能。P(3HB-co-4HB)熔体属于典型的假塑性流体,剪切应力与剪切速率关系符合Ostwald-de Wale幂率定律,熔体表观黏度与温度的关系符合Arrhenius方程:P(3HB-co-4HB)的玻璃化转变温度约为-10℃,熔点在100～120℃,降解温度约为205℃;POM观察发现,P(3HB～co-4HB)在约78℃时球晶半径径向生长速率最大。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)熔融接枝马来酸酐的研究

采用熔融接枝法制备P(3HB-co-4HB)-g-MAH。通过接触角测定仪、偏光显微镜、扫描电子显微镜和电子万能试验机等研究了MAH和BPO的用量对共聚物接枝率的影响,考察了P(3HB-co-4HB)接枝前后接触角、结晶形态、力学性能的变化,P(3HB-co-4HB)及其接枝物与木粉共混物的力学性能等。结果表明:随着MAH及BPO用量的增加,接枝率呈先增大后降低的趋势;与纯P(3HB-co-4HB)相比,P(3HB-co-4HB)-g-MAH的接触角明显减小,亲水性提高,球晶尺寸变小,缺口冲击强度显著提高;P(3HB-co-4HB)-g-MAH/木粉共混材料的力学性能优于P(3HB-co-4HB)/木粉共混材料。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/POSS共混体系的性能

采用熔融模压法分别制备了聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]和两种多面体笼型硅氧烷(POSS)[八异丁基倍半硅氧烷(OIBS)和八氨基苯基倍半硅氧烷(OAPS)]的共混物,考察了不同含量的OIBS,OAPS对共混体系性能的影响。结果表明,两种POSS都起到成核剂的作用。OIBS,OAPS的质量分数小于1%时,可以提高体系结晶温度,力学性能;随着OIBS,OAPS质量分数的提高,成核性有所增加,但因分散性变差,体系热稳定性和力学性能变差。由于OAPS的活泼氨基可与P(3HB-co-4HB)发生化学反应,改性效果较OIBS优。

可生物降解聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/层状?-磷酸锆纳米复合材料的制备及性能

以可生物降解聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3,4)HB]为基体,有机改性层状化合物α-磷酸锆(OZrP)为增强相,采用溶液插层法制备了P(3,4)HB/OZrP纳米复合材料。分别用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(POM)、热重分析仪(TGA)和差式扫描量热仪(DSC)等对其微观结构、热稳定性、结晶行为及降解性能进行了表征与分析。研究表明,具有纳米片层结构的OZrP能均匀分散在P(3,4)HB基体中形成纳米复合结构,OZrP能通过异相成核作用促进P(3,4)HB的结晶,并能促进P(3,4)HB的降解,但降低P(3,4)HB的热稳定性。

成核剂对聚(3-羟基丁酸酯-co-4羟基丁酸酯)性能的影响

分别以氮化硼（BN）、BRUGGOLENP250、CaCO3和Tm-3为成核剂,用熔融模压法制备了聚（3-羟基丁酸酯-co-4羟基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]样品,借用偏光显微镜（POM）、差示扫描量热（DSC）、热重分析（TGA）和扫描电镜（SEM）等考察了成核剂种类及用量对P（3HB-co-4HB）结晶形态、熔点、热分解温度、力学性能及断面形态的影响。结果表明,各种成核剂均能有效细化P（3HB-co-4HB）的球晶尺寸,提高其熔点及热分解温度;当成核剂BN的质量分数为5‰~8‰时,P（3HB-co-4HB）的综合性能最好。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)研究进展

介绍了生物可降解材料聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)(P(3HB-co-4HB))的性能及特点;综述了针对P(3HB-co-4HB)加工温度窄、脆性大、成本高等缺点而进行的增塑改性、扩链改性、共混改性的技术进展以及P(3HB-co-4HB)纺丝成纤技术;阐述了利用P(3HB-co-4HB)可塑性、生物降解性和生物相容性等在医疗领域的应用情况及发展前景;指出P(3HB-co-4HB)的研究将集中在其材料加工流动性、结晶性能的改善及其纤维加工技术与纤维表面整理技术等方面。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/二氧化钛纤维的成纤性能

用不同含量的二氧化钛(TiO2)改性聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)],并进行了纺丝研究。采用毛细管流变仪、热重分析仪、单丝强力仪测试了P(3HB-co-4HB)/TiO2复合材料的流变性能、热性能、单丝力学性能和回弹性。实验结果表明,P(3HB-co-4HB)和P(3HB-co-4HB)/TiO2为假塑性流体,TiO2可以有效改善材料的加工流动性;提高材料的热稳定性;TiO2的加入使纤维的断裂强度降低;但纤维的弹性恢复率可达100%,退绕性有所改善。