生物聚酯P(3,4)HB/层状双氢氧化物的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

以聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯) (p(3,4)hb)为代表的聚羟基脂肪酸酯(pha)是近20年来迅速发展起来的一类生物高分子材料。

由于p(3,4)hb兼具良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的热加工性能，被认为是最具有竞争力可替代传统石油基塑料的新型生物可降解材料。

但p(3,4)hb自身也存在一些缺陷，如结晶速度慢、加工条件复杂、较低的断裂伸长率、易燃性等。

2. 国内外研究现状分析

R.Zhang等用硬脂酸钠改性钴铝层状双氢氧化物，在此基础上，通过熔融插层法制备性能较好的P(3,4)HB / SS-LDH纳米复合材料，并对纳米复合材料微观结构和形貌进行表征，对其热性能和力学性能进行测试和分析。XRD和TEM研究表明，LDH片层主要在P(3,4)HB基体中均匀分散并且呈现剥离状态。DMA测试表明，添加少量的改性LDH可以显着提高P(3,4)HB/LDH纳米复合材料的力学性能。TGA结果表明，P(3,4)HB/LDH纳米复合材料的热稳定性随着LDH加入而降低。从MCC的数据上可以看出，P(3,4)HB / SS-LDH的生物纳米复合材料的阻燃性随着LDH含量的增加而提高。与纯P(3,4)HB相比，由于LDH片层的阻隔作用，P(3,4)HB/LDH纳米复合材料热释放速率峰值、比热容和热释放总量都有显著降低。

Erceg等人通过溶液插层法制备了PHB和有机改性的蒙脱石Cloisite25A（OMMT）聚合物纳米复合材料，并研究了氮气条件下纳米复合材料的等温降解。OMMT的加入增加了PHB的热稳定性，当OMMT加入的量为7wt%时作用最为显著。PHB和PHB/25A纳米复合材料在温度范围为50500℃非等温降解也得到了研究，并确定了动力学三个参数（E, A, 和f(α)）。

Wu等人通过溶液插层法制备了用聚乙二醇磷酸盐（PEOPA_S）改性LDH（PMLDH）的PHB/ LDH纳米复合材料。PHB/PMLDH纳米复合材料的X射线衍射数据和透射电镜显微照片显示PMLDH在PHB基体中随意分散并且呈剥离状。他们同时讨论了复合材料的等温结晶动力学、熔融行为和PHB/PMLDH纳米复合材料结晶结构。他们进一步对于生物可降解的PHB和PHB/ PEOPA改性的PMLDH纳米复合材料的热降解行为用热重分析进行了研究。

3. 研究的基本内容与计划

(1)层状无机物LDH及其有机改性层状无机物LDH的合成与表征。

(2)以P(3，4)HB为基体，把P（3,4）HB与LDH和OLDH溶解和分散在合适的溶剂中，通过溶液插层法制备P(3，4)HB/LDH纳米复合材料。

(3)P(3，4)HB/LDH纳米复合材料的性能研究, 用X射线衍射(XRD)和红外光谱（FTIR）等表征其结构；通过热重分析（TG-DTA）研究制备的P(3，4)HB/LDH纳米复合材料的热稳定性和热降解性能；通过差示扫描量热仪（DSC）和偏光显微镜（POM）及XRD等对制备的P(3，4)HB/LDH纳米复合材料的结晶行为和熔融行为进行研究，探讨纳米复合材料的结晶动力学机理。

4. 研究创新点

（1）首次将p(3，4)hb和ldh进行溶液复合，通过溶液插层法制备多种综合性能改善的phb/层状无机物纳米复合材料，其制备方法简便灵活，其它方法难以相媲美。

（2）对材料组成和结构进行表征并且对于材料的性能进行测试分析，研究层状无机物及有机改性剂对phb纳米复合材料的力学性能、结晶行为、热性能的作用。

（3）对比研究了几种不同含量的改性ldh在p(3,4)hb纳米复合材料中的作用，结果显示，不同含量的ldh对复合材料的热稳定性、结晶性能和加工性能有不同的影响。研究结果能为制备综合性能改善的生物可降解聚酯pha纳米复合材料奠定实验基础和提供理论帮助，也为新型纳米复合材料的结构设计提供新思路。