聚乳酸取向非晶态的形成机理、动态调控及其对结晶的影响

聚乳酸（PLA）在特定条件下形成取向非晶态，对结晶起"成核"与"模板"作用，特别是诱导生成不同晶型与形态，有望成为优化和调控PLA结构与性能的有效途径之一。本项目为突破常规实验方法难以获得高取向度取向非晶态的局限，采用液相恒温浴（LIB）方法制备取向度可控尤其是高取向完全非晶的PLA取向非晶态，结合PLA分子链结构参数（分子量、分子量分布、旋光异构体含量）及LIB动力学条件（应力、温度、时间）探讨PLA取向非晶态的形成机理及动态调控方法，从微观结构特征、宏观物理性能等多角度加深对取向非晶态的认识，进一步研究在不同热处理（温度、定长或自由收缩）及应力场（拉伸温度、速率、倍率）作用下PLA取向非晶态向晶态的转变，揭示取向非晶态性质及转变条件与诱导晶型及形态之间的关系，更深入地认识取向非晶态对结晶的"成核"与"模板"作用，为经由取向非晶态调控PLA晶态结构及材料性能提供新的思路。

本项目研究了液相恒温浴（LIB）条件下聚乳酸（PLA）的结构与性能演变规律，研究重点是PLA取向非晶态的形成和转变。研究结果表明，PLA在其玻璃化转变温度（Tg）附近和足够高的应力条件下能够形成取向非晶态。PLA取向非晶态具有典型的亚稳态结构特征，具体表现在两个方面：首先，热分析观察到取向非晶态样品在Tg附近出现吸热峰，而且随着应力提高，该吸热峰变大，此规律与国外学者关于应力诱导亚稳相的报道一致[1]；其次，取向非晶态样品总是伴随着纳米尺寸、沿应力方向取向的微孔结构，说明该结构是在应力下短时间内形成，在此后的热处理和拉伸过程中，样品不仅发生结晶，而且微孔也逐渐消失。本研究未能观察到PLA取向非晶态在不同条件下分化为不同晶型的行为，可能原因是其高度亚稳态特性使得结晶在极短的时间内发生，现有研究手段尚难以跟踪这种转变，也不排除取向非晶态只能生成普通α的可能。因此，本研究完成了预定任务，特别是观察到取向非晶态较为优异的力学性能，可为PLA纤维性能的改善提供技术参考。