聚左旋乳酸及其共混物纤维成型过程中多级微观结构的形成和演变机理：原位X-ray研究

聚合物在成型加工过程中形成的多级微观结构直接影响到材料的性能。因此，深入研究聚合物在熔融纺丝和牵伸过程中微观结构（包括分子链构象、取向结晶、以及微纤结构等）的形成机制和演变规律，对于制备具有预定结构和性能的材料，具有重要的理论意义和应用价值。本项目依托上海同步辐射光源的小角散射站，自行研制一台纺丝工艺可控的在线熔融纺丝设备，利用同步辐射X射线小角散射和广角散射技术原位研究聚左旋乳酸（PLLA）及其共混物在熔融纺丝过程中不同尺度的微观结构形成机理，并结合其它表征手段，阐明PLLA及其共混物在纺丝和牵伸过程中的取向诱导结晶机理以及片晶结构和微纤形态的演变过程，建立PLLA及其共混物纤维的多级微观结构与性能之间的关系。本项目研制的X-ray上的小型纺丝设备和研究方法也可以用于其它热塑性高分子材料，所以通过本项目的实施，可为高性能聚合物纤维的结构性能关系研究提供一种高效的方法。

聚乳酸（PLA）是一种绿色环保的生物可降解材料，由于其综合性能良好，制备来源丰富，成为关注的焦点。本课题以PLA及其共混物为研究对象，结合原位X-ray表征手段，系统研究了PLA及其共混物在不同外场条件下的结构转变及其与性能之间的关联。结果表明PLLA/PDLA复合物中结晶结构与PLA分子量、共混比例、退火以及加工温度密切相关；利用同步辐射原位X射线散射，阐明了取向的PLLA/PDLA膜中立构晶和α晶在不同条件下的转变行为；成功筛选出对立构晶具有选择成核的芳香族酰胺类有机小分子成核剂，通过加工条件的选择，实现对成核剂溶解能力和自组装形状的调控，使其对立构晶具有单一成核性；采用熔融纺丝的方法，成功制备出PLA立构复合物纤维。另外，自行设计一台在线熔融纺丝装置，在上海光源小角散射站（16B）试验获得初步成功，在后续工作中将进一步完善。研究结果可为PLA及其共混物的加工和应用提供理论指导，为聚合物的结构调控和性能之间的关联提供高效的研究方法。项目执行过程中，发表SCI论文10篇，会议论文4篇，中国发明专利3项，PCT专利1项，培养博士研究生3名。