二氧化碳混入式辅助成型聚乳酸的结晶和服役性能研究
批准号:
52105376
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张磊
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张磊
中文摘要
新版“限塑令”的颁布标志着可降解塑料产业的发展迎来重大机遇。聚乳酸来源广,稳定性高,是最常见的可降解塑料,但因结晶度低而导致的产品服役性能差的问题依然是聚乳酸推广应用面临的瓶颈问题。为解决该问题,本项目提出一种二氧化碳混入式辅助注塑成型工艺,通过二氧化碳调控聚乳酸晶体结构,提升聚乳酸构件的力学性能和服役寿命。利用自建的原位高压多光学观测系统和自建的二氧化碳混入式辅助注塑成型系统,本项目拟研究二氧化碳对聚乳酸结晶形核和晶型的影响规律,揭示聚乳酸在二氧化碳中的结晶形核机理与晶型转变机制,探明聚乳酸晶体结构对于产品力学性能、降解速率的影响规律,建立聚乳酸成型工艺-微观结构-服役性能的内在关系模型,实现聚乳酸产品的强度韧性和降解速率的有效调控,解决阻碍聚乳酸推广应用面临的瓶颈问题。该研究不仅对可降解塑料的成型加工具有实际指导意义,而且对揭示聚合物在浓溶液中的结晶机理具有重要理论价值。
英文摘要
The promulgation of new ‘plastic bag’ marks an important opportunity for the development of degradable plastic industry. Poly (lactic acid) (PLA) is the most common degradable plastic with a wide source and high stability. However, the problem of poor service performance of product caused by low crystallinity remains to be the bottleneck problem faced by the popularization and application of PLA. To solve this problem, this project proposed a forming technology assisted by mixing with carbon dioxide. This technology can improve the mechanical properties and service life of PLA product though regulating the crystal structure by carbon dioxide. This project will use a self-built in-situ high-pressure multi-optical observation system and a self-built injection molding system assisted by mixing with carbon dioxide to further study the influence of carbon dioxide on the nucleation and form of PLA crystal. The mechanism of nucleation and transformation of PLA crystal in carbon dioxide will be revealed. The influence of the PLA crystal structure on the mechanical properties and degradation rate of products will be studied. The intrinsic relationships model of process-microstructure-performance of PLA will be established. The strength toughness improvement and degradation rate regulation of PLA product will be achieved. Finally, this project targets solving the bottleneck problem that hinders the popularization and application of PLA. This study has not only practical guiding significance to the implement of the forming process of degradable plastic, but also important theoretical value to reveal the crystallization mechanism of polymer in concentrated solution.
材料在极端环境下的相变是凝聚态物理的重要研究方向,随着高压物理学在材料领域内的快速发展,工程塑料、生物大分子、石油基烃类化合物等聚合物材料在高压环境中的凝聚态演变行为成为研究热点,然而国内外用于表征聚合物高压凝聚态演变的高压表征仪器十分匮乏。为此,本项目发明了一种高压宽温域多光学原位观测与表征仪器。该仪器集成普通光学、偏振光学、小角激光散射三种观测方法,可实现-56~400℃、0.1~40MPa 范围内样品温度和压力的精确调控,可原位观测聚合物/高压气体体系的熔融、相分离、发泡、结晶等凝聚态结构及演变行为,为研究聚合物高压凝聚态演变规律提供了一种新型表征方法和仪器。利用该仪器,本项目研究了高压二氧化碳条件下左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)的结晶行为及其手性层级传递。研究发现,在高压二氧化碳作用下,单手性聚乳酸能够形成两种具有相反螺旋手性的涡旋状树枝晶以及无螺旋手性的雪花状树枝晶。在无对映异构化的情况下,单手性聚合物分子向非手性晶体的转变实际上是手性对称性恢复,这一现象打破了有序相变通常与对称性破缺相关的常规认识。研究表明,聚乳酸晶体的链倾斜、表面应力和受挫结构是导致单手性聚乳酸在结晶过程中手性层级传递多样性的主要因素,二氧化碳的熵效应所引发的α-β晶型转变能够控制聚乳酸晶体超结构的手性。相关研究发表于国际期刊Nature Communications。这项研究揭示了高压二氧化碳环境下手性聚合物结晶过程中的反常手性对称性恢复现象,对于理解手性材料在极端条件下的凝聚态演变行为具有重要意义。通过调节二氧化碳的压力和温度等外部条件,可有效控制手性聚合物的结晶形态,这为手性材料设计和应用开辟了一条新途径,在优化手性材料性能方面具有潜在的应用价值。
肠道微生物调控Sirt1/Kiss1介导肥胖诱导的性早熟机制研究
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批准号:82370785
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项目类别:面上项目
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资助金额:49万元
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批准年份:2023
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负责人:张磊
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依托单位:
跨代遗传的DNA甲基化异常通过“微生物-肠-脑轴”参与孤独症的调控机制研究
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批准号:82172320
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2021
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负责人:张磊
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依托单位:
二氧化碳混入式辅助成型聚乳酸的结晶和服役性能研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:张磊
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依托单位:
IKIP的表达调控及其在TLR介导的免疫反应中的作用
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批准号:31570912
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2015
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负责人:张磊
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依托单位:
硬质合金刀具微尺度刃口涂层技术与创成方法研究
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批准号:51475276
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项目类别:面上项目
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资助金额:83.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张磊
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依托单位:
Th22细胞在类风湿性关节炎中的表达及其作用机制研究
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批准号:81301533
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2013
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负责人:张磊
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依托单位:
国内基金
海外基金