聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）基双结晶型多嵌段共聚物的结构和形态演变的研究

PHBV/PEG multi-block copolymers (MPHEG) and PHBV/PCL multi-block ones (MPHCL) with excellent mechanical properties, environmental friendliness and biocompatibility are two kinds of very important double crystalline ones based on PHBV. However, up to now, the evolution of microscopic structure and morphology of double crystalline multi-block copolymers under quiescent conditions or under stretching fields has indeed not been investigated. MPHEG and MPHCL can present various crystalline morphologies, which makes it possible that MPHEG and MPHCL are used as model polymers to study double crystalline multi-block copolymers. Therefore, the aim of this project is to disclose the evolution rules of structure and morphology in different scale of the two double crystalline block copolymers based on PHBV under quiescent conditions or under stretching fields. Firstly, MPHEG and MPHCL with high molecular weight are synthesized by reacting corresponding macromonomers using 1,6-hexamethylene diisocyanate as a coupling reagent. Secondly, the evolution rule of structure and morphology in different scale of MPHEG and MPHCL under quiescent conditions is investigated by those techniques including DSC, HSPOM, and simultaneous SAXS/WAXS with synchrotron radiation source. Finally, the evolution rule of microscopic structure and morphology of MPHEG and MPHCL under stretching fields is disclosed by simultaneous SAXS/WAXS technique with synchrotron radiation source.

PHBV/PEG多嵌段共聚物（MPHEG）和PHBV/PCL多嵌段共聚物（MPHCL）具有优异的力学性能、环境友好性和生物相容性，为非常重要的双结晶型多嵌段共聚物，而目前对双结晶型多嵌段共聚物静态和拉伸外场作用下微观结构和形态的演变这一重要的科学问题尚不清楚，MPHEG和MPHCL具有丰富的球晶形态，可作为研究双结晶型多嵌段共聚物的模型聚合物。因此，本项目以揭示静态和拉伸外场作用下MPHEG和MPHCL不同尺度的结构和形态演变的规律为目的。拟首先以六亚甲基二异氰酸酯为偶合剂使对应的大分子单体发生反应制得高分子量的MPHEG和MPHCL；然后，用DSC、HSPOM和同步辐射SAXS/WAXS等技术探究MPHEG和MPHCL的等温结晶动力学和在静态条件下不同尺度的结构和形态的演变规律；最后，用同步辐射SAXS/WAXS技术揭示拉伸外场作用下MPHEG和MPHCL微观结构和形态的演变规律。

PHBV和PLA均为资源可再生、生物可降解的热塑性高分子材料，可替代石油基高分子作为塑料和纤维的原料。然而，PHBV是一种脆性材料，熔融加工困难，以致应用受到限制，PHBV基双结晶型嵌段共聚物几乎可以克服其所有缺陷，然而，到目前为止尚不清楚其微观结构和形态的演变规律；PLA的可加工性和力学性能优于PHBV，但常规加工外场作用下特殊结构PLA和特殊加工外场作用下常规PLA的结构、形态和性能的演变规律还缺乏研究。因此，本项目首先合成了PHBV/PEG多嵌段共聚物（MPHEG）和PHBV/PCL多嵌段共聚物（MPHCL）及其杂化POSS体系，研究了MPHEG和MPHCL双结晶型嵌段共聚物及其杂化POSS体系的微观结构和形态的演变规律，除了观察到同心圆球晶、模板球晶和环带球晶外，还观察到了一种粗糙不平的球晶形态。其次，研究了气流拉伸外场作用下，PLA纤维形态、凝聚态结构和力学性能的演变规律，发现气流拉伸外场作用下所得PLA纤维的结晶度和取向度较低，易发生物理老化，而导致PLA的力学性能不稳定；再次，探讨了机械拉伸外场和溶剂作用下，皮芯结构PLA纤维（皮层为D-LA含量为10%的PLA，芯层为PLLA）的凝聚态结构和形态的演变规律，制得了多孔结构PLA纤维，明确了其形成机理。然后，探讨了热压外场作用下，皮芯结构PLA纤维集合体结构、形态和力学性能的演变规律，制得了熔融加工窗口宽、纤维体积含量高和力学性能优异的PLA单聚合物复合材料。最后，用脆性的PHBV实现了对脆性PLA的增韧，明确了其增韧机理，并通过配比的调控，使得PLA和PHBV形成双连续相，碳纳米管选择性地分散在PHBV连续相中，制得了一种资源可再生、生物可降解的导电纤维。该项目中聚合物结构、形态和性能演变规律的研究以及各种材料的制备既具有较强的学术意义又有一定的应用价值，对环境友好型高分子材料的应用和开发具有一定的指导作用。