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生物可降解高分子合金及纳米复合材料的结构设计与制备
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TB383
  • 关键词:
  • 成果简介:
    随着白色污染和能源危机问题的日益突出,人们开始寻找能够替代传统高分子材料的新型材料。这其中,热塑性的生物可降解高分子由于其环境友好的特点受到了广泛关注。然而大部分生物可降解高分子在作为单一材料使用时性能上或多或少存在不足,将它们熔融共混以期实现性能互补则是最简单的改性方法。不过多数生物可降解高分子对之间是热力学不相容的,常规的思路是采用共聚物作为第三组分进行增容,以细化相畴,改善界面粘结。但此类嵌段共聚物由于受制于自身苛刻的合成工艺迄今尚不能规模化工业生产,因此常规的增容方法在生物可降解高分子共混材料领域的应用是受限的。该项目则创新性的发展了一种利用控制纳米粒子的选择性分布来设计和控制不相容的生物可降解高分子共混体系的相形态的方法,为制备高性能的生物可降解高分子共混/复合材料提供了一种全新的途径。1)首先建立了生物可降解高分子不相容共混体系的相形态特别是双连续相形态的结构流变学模型,创新性的提出了双连续相形态和共混体系小振幅振荡剪切响应之间的定量关系,为利用加工流场和剪切退火来控制双连续相形态和尺寸提供了科学依据;2)然后通过形态学与流变学联动的方法,勾勒出了纳米粒子在生物可降解高分子基体内的近程和远程结构演化的动力学过程,特别是描绘了简单剪切在这些结构演化的过程中扮演的角色,为纳米粒子填充的生物可降解高分子复合材料的结构和性能控制提供了理论指导;3)在此基础上,通过控制热力学和动力学的影响因素,实现了纳米粒子在生物可降解高分子不相容共混体系中的选择性分布可控的目标,并进一步利用纳米粒子的选择性分布来设计不相容的两相形态,最终制备出了纳米粒子增容又增强的生物可降解高分子合金材料,并发展了高分子复杂体系的流变学理论。项目研究取得了丰硕的理论研究成果:发表了SCI论文25篇,其中8篇代表作他引数总计达602次,提出的利用纳米粒子的选择性分布来设计和控制高分子不相容共混体系的相形态的方法受到了高分子纳米复合材料领域Ph. Dubois等名家的好评,建立的相形态演化-流变响应之间的定量关系则受到了流变学领域Q.Zheng(郑强)等名家的重视,核心技术如流变动力学方法的建立、双连续相性态的控制等获发明专利授权7项;这些研究成果进一步推广,产生了良好的社会和经济效益:发展的一些流变学测试的方法总结于《高分子流变学基础》一书中,该书获得了中国石油和化学工业优秀出版物一等奖,并被推荐为北京科技大学等高校的考博参考书,推广效应显著;提出的两相形态控制、纳米粒子的界面分布等结构控制方法已成功应用于聚酯合金的制备、光缆料的改性、电缆料的再生等方面,和扬州金森光电材料有限公司等三家企业合作,近两年累计实现销售额约7000万元,创造利润约500万元,推进了企业的技术和产品升级;此外,基于这些企业的江苏省企业研究生工作站培养了专业型硕士13人,其中一人的论文获得了江苏省优秀硕士专业学位论文奖,示范作用突出。
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