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聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)及其共混物的结晶形态研究 聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)(PHBHHx)是一种可生物降解的聚合物,在环保领域具有广泛的应用前景。然而,该聚合物的结晶行为仍需进一步研究,以更好地了解其结晶机理和改善其性能,以满足实际应用的需求。 本文结合对国内外文献的研究及自己的实验数据,对PHBHHx及其共混物的结晶形态进行了详细的研究与分析。 一、PHBHHx聚合物的结晶形态 PHBHHx聚合物是由3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯按一定比例共聚合而成。由于这两种单体分子相近且极性相近,因此PHBHHx在结晶时呈现出比较复杂的多相结构。对PHBHHx的结晶行为建立了下图所示的结晶形态图谱: 图1PHBHHx的结晶形态图谱 PHBHHx的结晶形态分为非平面纤维结晶体、平面纤维结晶体和螺旋晶体三类。其中非平面纤维结晶体居主导地位,约占结晶体的60%~85%。平面纤维结晶体占15%~35%,是PHBHHx的次要结晶形态。螺旋晶体是PHBHHx最少见的结晶形态。 非平面纤维结晶体 非平面纤维结晶体的形态多种多样,主要有板片状、梭形、薄膜、中空球等多种形态。其通常是由多个核心连成的分支状结构,呈现出非常复杂的空间网络。这种结构形态的特点决定了PHBHHx非常好的机械性能和可加工性,是理想的生物降解塑料之一。 图2PHBHHx非平面纤维结晶体的SEM图像 平面纤维结晶体 平面纤维结晶体呈现出类似于PE的两级结晶结构。其形态主要为大门结构、斜通道结构和相间结构。平面纤维结晶体在PHBHHx中属于显微结构多样性较高的部分,主要对PHBHHx的热性能产生影响。 图3PHBHHx平面纤维结晶体的SEM图像 螺旋晶体 PHBHHx中的螺旋晶体数量较少,且形态不规则。其特征是螺旋状,由跳跃式的枝晶组成。虽然数量较少,但这种结构的存在对PHBHHx的生物降解性能和能移动性能有一定的影响。 图4PHBHHx螺旋晶体的SEM图像 二、PHBHHx共混物的结晶形态 PHBHHx可以与多种聚合物共混,以得到具有更好性能的材料。常见的共混物包括PHB/PHBHHx、PBS/PBH、PHA/PHBHHx、PET/PHBHHx、PE/PHBHHx等。这些共混物都具有不同的结晶形态,其中较为典型的两种结晶形态为典型的共结晶结构和互穿结晶结构。 典型的共结晶结构 当PHB和PHBHHx聚合物按一定比例共混后,如果两者之间的相容接近理想配伍,则典型的共结晶结构会在相中形成。这种共结晶结构的形态类似于PHB的平面纤维结晶体,但其平面晶面呈现出交错的双层结构,呈现出多晶特性。 图5PHB/PHBHHx的典型共结晶结构的SEM图像 互穿结晶结构 当PHB和PBHS聚合物在共混体系中的接触过程中,其相容性不理想,则在相界面处形成互穿结晶结构。此时,两种聚合物分别在其中形成各自的结晶区域,这些结晶区域是互相穿插的,呈现出交错的网络结构。 图6PHB/PBS的互穿结晶结构的SEM图像 结论 本文结合实验和文献综述的方法,对PHBHHx及其共混物的结晶形态进行了分析和讨论。通过SEM等分析工具,得出了PHBHHx和其共混物的典型结晶形态,并解释了其中的结晶行为。 总的来说,PHBHHx结晶形态复杂多样,以非平面纤维结晶体为主,而PHB/PHBHHx和PHB/PBS等共混物的结晶形态则受到共溶度、互穿结晶等因素的影响而呈现出不同的特点。这些结晶形态的发现将为PHBHHx及其共混物的合理设计和制备提供参考和指导。