【摘 要】
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随着白色污染泛滥和石油资源枯竭以及极端天气频发,环境保护日益受到关注,而可生物降解材料的使用成为解决这一问题的有效途径之一。聚乙交酯(PGA)是一种半结晶型、生物相容性好的生态友好型环保材料,其优异的可完全降解性能以及良好的力学性能,使其成为可生物降解材料中最有发展前景的材料之一,并有望成为石油基材料的替代产品并广泛应用于生物医疗、包装材料、石油开采工程等领域。本论文采用熔融纺丝制备PGA纤维,主
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随着白色污染泛滥和石油资源枯竭以及极端天气频发,环境保护日益受到关注,而可生物降解材料的使用成为解决这一问题的有效途径之一。聚乙交酯(PGA)是一种半结晶型、生物相容性好的生态友好型环保材料,其优异的可完全降解性能以及良好的力学性能,使其成为可生物降解材料中最有发展前景的材料之一,并有望成为石油基材料的替代产品并广泛应用于生物医疗、包装材料、石油开采工程等领域。本论文采用熔融纺丝制备PGA纤维,主要研究了其可纺性及一步法纺丝过程中牵伸对纤维结构性能的影响,并进一步对PGA纤维在不同环境(自然光照、土壤、不同水体)中的降解行为进行了研究,在此基础上初步探讨了PGA纤维微塑料在自然填埋及海水降解过程中结构及性能的变化,主要研究结论如下:(1)一步法熔融纺丝过程中牵伸工艺对PGA纤维结构及性能的影响研究表明,当牵伸倍数从2.8倍增加至3.5倍时,PGA纤维的单丝强度、结晶度及晶区取向度均随着牵伸倍数的增加而增加,但牵伸倍数过大容易使纤维出现毛丝、断丝等现象。同时,PGA纤维表面光滑,并具有良好的热稳定性。(2)通过质量损失率、单丝强度、凝聚态结构、表面形貌等手段研究了PGA纤维在自然光照和自然填埋过程中的降解行为,结果表明,PGA纤维在降解30d后质量损失率均小于1%,其中自然填埋30d后其单丝强度保留率可达88%,仍具有较好的力学强度。DSC与XRD分析显示,随着降解时间的增加PGA纤维的结晶度均呈现先增大后减小的趋势。纤维表面在降解前期仍较光滑,但随着降解的进行,逐渐变得粗糙,并出现颗粒状以及竹节状缺陷,同时纤维直径增大。(3)较之自然光照和土壤降解,PGA纤维在不同水体中的降解程度更大,尤其在除菌海水和海水中降解30d后,单丝强度分别从5.07c N/dtex下降至0.92c N/dtex和1.09c N/dtex。而PGA纤维在四种水体中的结晶度随着降解过程的进行总体上呈现先增后降再增的趋势,在降解30d时晶体结构发生明显变化,(110)晶面衍射峰峰形变尖,并出现(020)晶面衍射峰。SEM观察发现,PGA纤维在水体中的降解过程均表现为从表面出现沟槽到颗粒状表面以及竹节状缺陷的不断发展,其中在海水、除菌海水及河水中的降解后期,纤维表层逐渐剥离并出现明显的裂纹。通过以上结果的综合分析,可以认为PGA纤维在不同水体中的降解程度从大到小依次为:除菌海水>海水>河水>蒸馏水。(4)初步探讨了PGA纤维微塑料在自然填埋和海水中的降解行为。较之PGA纤维,微塑料在自然填埋和海水中的降解速度更快,其中PGA纤维微塑料在海水中降解30d后质量损失率达到5.1%,同时,表面出现更为严重的裂纹,并进一步通过降解过程中PGA纤维微塑料的FTIR分析证实了降解反应的发生。与初始PGA纤维微塑料相比,在土壤和海水中降解30d后的比表面积和O/C比均有不同程度的增大,尤其是在海水中增幅更为明显,另外,PGA纤维微塑料在自然填埋和海水降解过程中的结晶度变化趋势与纤维类似。
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