聚乳酸及其立构复合纳米纤维结构调控与纳米力学成像

Structural tailoring and properties are critical scientific problems for fabrication of polylactide and its stereocomplex nanofibers. Most of previous studies concerned morphology control of nanofibers, with absence of deep insights into structural formation and transition. Moreover, the relation between structure and property is unclear. This proposal aims to explore structural formation and transition in the PLLA and PLLA/PDLA nanofibers, accompanied by mechanical characterization by nanomechanical mapping technique. It will clarify effects of chain entanglements, external fields and their coupling on the structural ordering and crystallization during electrospinning. On the other hand, crystallization transition during thermal treatments will be conducted. It is helpful to disclose the transformation of ordered structure and its effect on crystal morphology. Finally, processing-structure-property relation of nanofibers will be established.

结构调控与性能是聚乳酸及其立构复合纳米纤维制备所面临的关键科学问题。以前的研究主要关注纳米纤维形态控制，而对其结构形成与转变缺乏深入的认识，结构与性能关系也不清楚。基于此，本项目拟对PLLA和PLLA/PDLA纳米纤维结构形成与转变开展深入系统研究，并结合纳米力学成像技术对纳米纤维力学性能进行全面表征。阐明静电纺丝过程中纳米纤维有序化与结晶，揭示分子链缠结程度与外场作用以及它们耦合的影响，为电纺过程中纳米纤维微观结构形成与控制提供理论指导；探索热处理过程中纳米纤维结晶转变行为，明确有序结构转变及其对晶体形态的影响，建立纳米纤维加工-结构-性能关系，具有十分重要的科学价值和现实意义。

结构调控是实现聚乳酸高性能化的关键，聚乳酸及其立构复合纳米纤维的制备领域更多解决了纳米纤维形态控制的问题，对其结构形成与转变仍缺乏深入的认识。本项目系统探索了聚乳酸及其复合物静电纺丝纳米纤维微观结构以及热处理和拉伸过程中的结构转变行为。.（1）阐明分子链缠结与外场作用的耦合效应对静电纺丝纳米纤维有序化和结晶的影响：明确了有效的分子链缠结对于静电纺丝的重要性，并且通过纳米力学研究发现，高分子量聚乳酸的极低浓度溶液静电纺丝纳米纤维易于高度取向而具有很高的强度。.（2）探明热处理过程中有序结构转变及其对晶体形态和性质的影响：直接观察到聚乳酸立构复合晶网络，发现立构复合晶对同质晶体起明显的成核作用；发现聚乳酸立构复合中间相的形成及其熔融重结晶转化为同质晶体；对低温结晶的聚乳酸的进行退火转变研究，明确了聚合物晶体退火行为中两种常见机制在不同的温度区域具有连续性。. 综上所述，本项目研究结果为聚乳酸及其立构复合纳米纤维的结构调控提供了科学依据。研究工作得到了国内外同行的认可，在本领域国际刊物上发表SCI论文7篇。项目研究按计划顺利实施完成，达到了预期研究目标。