聚乳酸薄膜成型加工中的关键科学问题

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51033003
  • 项目类别：
    重点项目
  • 资助金额：
    240.0万
  • 负责人：
    杨鸣波
  • 依托单位：
    四川大学
  • 学科分类：
    E0303.高分子材料加工与成型
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2014-12-31

项目摘要

聚乳酸(PLA)是目前合成生物可降解高分子材料中应用最大的品种。将逐渐部分取代聚烯烃广泛应用于通用塑料领域。其中，最有应用前景的是薄膜包装和地膜制品。目前，PLA可以双向拉伸成膜，加工成本高。然而，PLA难以吹塑成膜，其本质原因是由于树脂的松弛特性导致加工过程特殊的粘弹响应，熔体强度低，无法满足薄膜吹塑成型过程对熔体应力应变的要求。另外，PLA熔体对温度较为敏感，加工窗口温度窄。本项目针对以上基础科学问题，提出从PLA的实际应用性能要求出发，设计和制备结构可控性能优化的PLA吹膜专用树脂，通过加工过程大分子偶联反应等化学改性方法，以及超支化增韧和高分子共混等物理改性方法，增强树脂加工热稳定性，拓宽吹膜成型加工窗口温度。进一步通过加工技术优化，分区段调控吹塑成膜过程的熔体粘弹特性和凝聚态结构，进行吹塑过程温度场和应力场模拟，建立吹塑过程的控制技术和理论方法，获得PLA吹塑成型加工技术。

结项摘要

聚乳酸(PLA)是合成生物可降解高分子材料中应用最大的品种，其最有应用前景的领域是包装薄膜和地膜。但作为刚性链的PLA，其熔体强度低、加工窗口窄，因而完全不能采用薄膜成型普遍使用的吹塑成型方法加工；同时PLA热氧降解严重，熔体在加工中的流动稳定性差，导致薄膜制品力学和耐热性显著降低，严重限制PLA薄膜产品的应用。.本项目详细地研究了PLA动态流变行为和松弛特性，证实了PLA大分子链刚、缠结密度低是熔体强度低难以吹塑成型的原因，通过大分子设计合成多臂聚乳酸的改性PLA，提高了线性聚乳酸的熔体强度。当多臂PLA的分子量增加以及以分子水平扩散到线性PLA基体中后，其对基体的熔体强度的提高更为显著；新型嵌段共聚物，对聚乳酸共混树脂有很好的增容作用，可提高聚乳酸共混树脂的力学性能和结晶性能；同时多臂嵌段共聚物可以进一步提高共混树脂的相容性和断裂伸长率以及熔体强度。尤为惊喜的是PLA接枝纳米粒子对PLA的熔体粘度的提高非常有效，PLA-g-SiO2的加入，有效地提高了线性PLA基体的熔体强度扩宽了加工窗口，增加了膜泡稳定性。同时，详细探讨了分子结构、聚集状态、扩散行为等对体系熔体强度影响的规律，有利于加深对此类材料的加工基础问题的理解。.PLA的降解机理较为复杂，对合成PLA及其增韧体系的纯化，加工设备的净化处理等，是有效降低PLA加工过程中热氧降解的手段，并对加工窗口的拓展，膜泡的稳定都有显著影响。通过吹塑成型温度场模拟和实验验证发现，膜泡温度降至室温的时间远远低于PLA的半晶时间，这使得实际吹膜加工过程中聚乳酸无法实现结晶，这是聚乳酸熔体强度低的重要原因，也是本项目发现的重要结果。在相对较低的拉伸温度下，纯聚乳酸分子链对应力场的响应较为敏感。当拉伸温度等于80oC时，在本实验的拉伸速率范围内，试样的结晶度、非晶区的取向度、晶区的取向度均随拉伸速率的增大而增强。当拉伸温度较高时，由于分子链的热运动相对较强，松弛速率较快，对应力场的响应较不敏感甚至无明显响应。.最有意义的发现是在传统吹塑成型的拉伸场和温度场下，PLA的高效成核剂实际充当了杂质而阻碍了分子链的排列结晶。项目创新地将膜泡可控温度场引入到实际吹膜加工过程当中，有效地控制了PLA的结晶动力学和薄膜质量，并进一步稳定了薄膜吹塑加工窗口。.通过研究，本项目实现了预期研究目标，而且在自主改进的装置上实现了PLA薄膜吹塑成型，

项目成果

期刊论文数量（59）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（8）
Inorganic silica functionalized with PLLA chains via grafting methods to enhance the melt strength of PLLA/silica nanocomposites
通过接枝方法用 PLLA 链功能化无机二氧化硅以提高 PLLA/二氧化硅纳米复合材料的熔体强度
  • DOI：
    10.1016/j.polymer.2014.08.070
  • 发表时间：
    2014-10
  • 期刊：
    Polymer
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Wu, Feng;Zhang, Bao;Yang, Wei;Liu, Zhengying;Yang, Mingbo
  • 通讯作者：
    Yang, Mingbo
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013-04-01
  • 期刊：
    POLYMER DEGRADATION AND STABILITY
  • 影响因子：
    5.9
  • 作者：
    Liu, Yanlong;Sun, Jingru;Chen, Xuesi
  • 通讯作者：
    Chen, Xuesi
Effect of Viscosity Ratio on the Crystalline Morphologies and Mechanical Property of Multi-Melt Multi-Injection Molded Parts
粘度比对多次熔体多次注射成型件结晶形貌和力学性能的影响
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2014-01-01
  • 期刊：
    POLYMER-PLASTICS TECHNOLOGY AND ENGINEERING
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Feng, Jian;Yang, Wei;Yang, Ming-bo
  • 通讯作者：
    Yang, Ming-bo
Greatly accelerated crystallization of poly(lactic acid): cooperative effect of stereocomplex crystallites and polyethylene glycol
大大加速聚乳酸结晶：立构复合物微晶与聚乙二醇的协同作用
  • DOI：
    10.1007/s00396-013-3067-x
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Colloid and Polymer Science
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    Xin-Feng Wei;Rui-Ying Bao;Zhi-Qiang Cao;Liang-Qing Zhang;Zheng-Ying Liu;Wei Yang;Bang-Hu Xie;Ming-Bo Yang
  • 通讯作者：
    Ming-Bo Yang
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  • DOI：
    10.1002/app.39580
  • 发表时间：
    2014-02-05
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Ji, Deyun;Liu, Zhengying;Yang, Mingbo
  • 通讯作者：
    Yang, Mingbo

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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