聚乳酸亚稳相形成机制及其与物理老化、结晶初期凝聚态局部有序结构形成的关联研究

针对聚乳酸聚集态结构研究的最新进展及高分子亚稳相领域中尚未阐明的基本科学问题，本项目拟通过对聚乳酸分子链规整度及加工条件的调控，首先探索并归纳聚乳酸亚稳相的形成条件；进而通过原位在线检测平台的搭建及振动光谱(IR/Raman),同步辐射SAXS/WAXD等多种结构表征技术的并用，同时结合理论模拟计算，对聚乳酸亚稳相的聚集态结构及其从无序至有序相的结构演变机理做出更准确的物理描述；最后，通过对聚乳酸物理老化过程及冷结晶初期结构演变的原位研究，考察以上过程中形成的所谓局部有序结构或中介相与聚乳酸亚稳相之间是否存在某种意义上的关联。我们期望通过对以上几个与聚乳酸亚稳相及局部有序结构有关的物理问题的系统研究，深入思考并阐明高分子凝聚态领域中相关的基本科学问题。

高分子亚稳相(mesophase)，作为一种结构有序程度介于非晶态与晶态之间的相态，近年来由于其结构的特殊性引起了高分子物理领域研究者的广泛关注。针对高分子亚稳相及高分子结晶领域中尚未阐明的基本科学问题，在本基金的资助下，我们取得了五方面的研究成果：1）研究了冷拉形变所形成聚乳酸亚稳相的结构演变。发现聚乳酸亚稳相结构有序程度与其特征红外谱带的峰位置存在线性关系。据此，我们首次建立了聚乳酸红外光谱特征峰位置与其亚稳相有序程度的对应关系。2）自行研制了摩擦法高速擦膜机, 运用该仪器我们在高剪切作用下成功制备了高取向聚乳酸亚稳相, 研究发现该取向亚稳相在溶剂诱导作用下迅速转变为高取向的有序晶相。3）研究了聚乳酸多晶型对光谱法计算其结晶度的影响, 并针对有序程度不同的聚乳酸样品的结晶度计算提出了不同的红外光谱计算法。4）综合运用同步辐射WAXD/SAXS, 研究了聚乳酸无序alpha相至有序alpha的相变机理。通过深入的数据分析，我们提出了聚乳酸无序a相至有序的相变机理不是简单的固固相变，而是经历了部分熔融－固固相变－再结晶这几个阶段。5）发现了聚乳酸左旋及右旋分子链在结晶初期由于链间手性相互作用而发生立构复合，该“分子对”的形成发生在晶格形成前。该结果表明分子间作用力是高分子晶体形成的重要驱动力。