聚苯乙烯-聚（左旋-乳酸）嵌段共聚物薄膜的相分离与结晶

本论文以对称的半结晶型的聚苯乙烯-聚（左旋-乳酸）（PS-b-PLLA）嵌段共聚物薄膜为研究对象，通过在不同厚度的膜中的时间相关的相行为的演变，来研究不同界面对嵌段共聚物薄膜熔融状态的相结构的影响，并以此相结构为模版来研究软硬受限下结晶对相分离的影响。 首先，我们研究了在不同厚度膜中的熔融状态的相结构。通过调控膜的厚度及退火时间，实现片层方向的转变。随着膜厚的增加，由于选择性的聚合物/基板界面及中性的聚合物/空气界面的作用下，达到平衡态后片层方向由平行向垂直转变。当膜厚大于一个周期时，同一膜厚下，随着退火时间的增加，片层方向由平行向垂直转变。片层方向在由平行向垂直的转变时，形成平行与垂直共存的混合结构。 在熔融状态下得到结晶的PLLA在表面对称润湿的平行片层，以这种结构为模版，研究了系留在PS基板上的PLLA单层的结晶，以及结晶对相分离结构的影响。从有序的熔融状态结晶后，形成了上下非晶中间结晶的“三明治”结构，结晶结构为α晶型正交晶系，结晶分子链垂直于界面。当Tc ≤ Tg,PS, 时，由于分子链的活动性较差，而且 PS与PLLA具有相近的表面能，结晶诱导了垂直片层的形成。当Tc > Tg,PS, 由于分子链的活动性较强，没有形成垂直片层。 以中性的聚合物/空气界面作用下形成的垂直片层为模版，研究了软硬受限条件下结晶对垂直片层结构演变的影响。硬受限下，结晶没有破坏相分离结构，在微相分离的垂直片层中受限结晶，结晶后片层周期增加。软受限下，非晶的PS分子链的活动性较强，结晶破坏了原有的相分离结构，生成棒状结晶。由于受限，结晶结构较为特殊属于单斜晶系。 以平行与垂直片层共存的混合结构为模版，研究了结晶对此结构的影响，发现平行与垂直片层分别结晶形成不同的结晶形貌，两种结晶在形成的过程中相互影响。

钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯合成中的应用

生物降解高分子在环境保护以及组织工程、药物控制释放、骨固定等医药领域有着广泛的应用。特别是以聚丙交酷（PLA）、聚乙交酯（PGA）、聚。一己内酯（PCL）以及它们的共聚物为代表的化学合成生物降解高分子材料，由于具有优异的性能、可以大规模生产、成本较低等优点，得到了人们广泛的关注。作为生物医用材料，对无毒性的要求很严。而现在所用的脂肪族聚酯大都是用金属盐、金属有机化合物等作为催化剂合成出来的，不可避免残留一些催化剂所用的金属元素。研究表明，即使是已经获得美国FDA批准的，现在用得最普遍的辛酸亚锡所残留的锡也可能引起一些细胞毒性。因此对毒性小且活性高的催化剂的研究是非常有意义。钙离子对人体是没有毒性的，因而这几年已引起了人们的兴趣，但文献中报道的钙催化剂，如CaHZ等，催化活性尚不够让人满意。本文对高效的钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯中的应用进行详细的研究，得到了一些有意义的结论：1、用EO和PO处理的有机氨钙催化剂（Ca／EO和Ca／PO）聚合了CL和LLA。发现CL聚合速度很快，M／I=650时70℃反应3h后收率已达到90％以上，LLA的聚合速度比CL要慢，M／I=650、70℃反应10h后收率才达到90％以上。以上聚合反应有明显的活性聚合的特点：反应初期Mv和收率和聚合时间呈线性关系；Mv在一定范围内和M／I成线性关系。2、用红外、原子吸收和核磁共振等分析手段阐明了有机氨钙催化剂的结构：结构，而且这两个催化剂的活性中心分别是均是Ca-O键。CL和LLA的开环聚合可能是以配位一插入的机理进行的。3、用C。／PO催化剂聚合LLA时有一定程度的消旋化反应发生，曳NMR研究表明相当于88％的LLA和12％外消旋以共聚。提高反应温度到110℃时比旋光度只有-125℃说明消旋化反应比较严重。4、用C。／PO催化剂先聚合CL再聚合LLA的方法合成了PCL-PLA两嵌段共聚物，并用泊NMR，13C NMR，GPC，DSC，WAXD进行了表征。其绝对和相对分子量可以通过M／I和投料比进行控制。定量碳谱图表明有较严重的消旋化反应发生，相当于84％的LLA和16％外消旋LA共聚。DSC和似XD分析表明，PLA段的分子量小时PLA段不结晶，当PLA段的分子量达到一定程度（3000以上）后PCL一PLA嵌段共聚物有相分离现象发生。5、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂和开环聚合CL，合成了一系列PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物，并用妞NMR，laCNMR，GPC，DSC，做XD进行了表征。聚合物的结构可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整。从DSC和wAXD分析可以得出以下几个结论：PCL-PEG-PCL嵌段共聚物有相分离现象发生，形成PCL和PEG微相区域；PEG段的结晶行为受先结晶的PCL段的影响；PCL段的分子量越大PEG段的Tc和Tm越低，其结晶度越低。6、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂80℃下开环聚合LLA24小时，合成了一系列PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物，和别的催化剂比起来温度低得多，反应时间也短得多。可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整聚合物的结构。DSC和WAXD分析表明，PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物中PEG段的结晶能力受PLA段的影响非常大：当PEG段的分子量很小时（如1000）很难结晶；即使当PEG段的分子量较大时如果PLA段的分子量达到一定程度时PEG段同样也不结晶；而且PLA段的结晶行为受本身分子量的影响比较大，其Tc和伽随着分子量增加有较大的提高。7、合成了MPEG-PLA两嵌段共聚物，发现合成PLA段的分子量大的聚合物比较困难，MPEG-PCL两嵌段共聚物很难合成。DsC和WAXD分析表明，PLA段对MPEG段结晶有一定程度的影响，但是比三嵌段共聚物的影响要小得多。8、用荧光光谱和IHNMR研究了上面合成出的几个样品的胶束行为。发现cmc由大到小的顺序为MPEG（5000）-PLA（5100），PLA（3050）-PEG（4600）-PLA（3050），PCL（2270）-PEG（5000）-PCL（2270），PCL（4600）-PEG（4600）-PCL（4600）。PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物在水中形成了具有核一壳结构的胶束。9、以苯甲醇处理的有机氨钙催化剂开环聚合了CL。泊NMR谱图表明得到的聚合物具有苯端基。这一结果为用硝苯基乙醇代替苯甲醇制备催化剂，然后开环聚合CL或LA得到硝基苯端基的脂肪族聚酯打下了实验基础。

可生物降解电纺丝超细纤维

电纺丝技术是一种用来制备超细纤维的方法，成本低廉、简单易行。近十年来，电纺丝技术在理论研究和实验参数研究等方面都取得了不小的进展。由电纺丝技术制备的超细纤维直径至少比传统的纺丝工艺低1-3个数量级，因此，在增强复合材料、过滤系统、防护衣、光学和电学器件及生物医药等方面都显示出巨大的应用潜力。尤其是在生物医药领域，电纺丝超细纤维可广泛用作组织工程支架、药物传输与控制释放的载体及创伤敷料等，这也是国际上的一个研究热点。但由于电纺丝过程的复杂性和实验参数的多样性，制备直径分布范围窄的纤维一直是电纺丝的难点之一，另外，以电纺丝超细纤维作为药物传输与释放的载体也是近两年才刚刚发展起来的，还不十分成熟，经常会存在药物的突释现象。针对以上问题，本论文以可生物降解高分子材料PLA、PLGA（80／20）和PCL进行电纺丝，系统地研究了溶剂体系、表面活性剂、鲜溶液流速、喷丝口直径及环境温度与空气流动速度等因素对电纺丝过程及纤维形貌和直径分布的影响，同时对电纺丝纤维的性质进行了分析。在此基础上，我们研究了PLLA和PCL电纺丝超细纤綷的酶降解行为，并实现了PLLA纤维对抗癌药紫杉醇和1. 以氯仿、氯仿/丙酮、1、2-二氯乙烷及氯仿/1,2-氯乙烷为溶剂体系，制备了PLA、PCL和PLGA（80／20）的电纺丝超细纤维。当氯仿与丙酮的体积比为1：1时为最佳溶剂体系，电纺丝过程和纤维形貌都得到较大的改善。阳离子表面活性剂节基三乙基氯化按（TBBAC）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的加入也可以显著改善电纺丝过程和纤维的直径分布，而非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO10）的改善程度较小。压力较大或喷丝口直径较粗时，则会由于溶液流量的增大而造成纤维的粘连。空气流速较大时，则纤维会由于空气的对流速度加快而发生缠绕和卷曲。2．PLLA、PCL和PLGA（80／20）超细纤维毡的孔隙率都较大，分别达到89％、68％和80％，因此，PLLA和PCL纤维的力学性能都远远低于膜。3．电纺丝过程会使纤维中的高分子链产生一定的排列和高度的取向，但由于纤维的固化速度很快，高分子链来不及进行规整排列而形成结晶，因此，DSC和WXAD的结果都显示，PCL纤维毡的结晶度要比相应的膜低。对于PLLA纤维毡来说，由于Tg在室温以上，在进行DSC测试的升温过程中，会由于分子链的运动而使结晶度升高。4．蛋白酶K在Tris-HCL缓冲液中略显正电性，因而阴离子表面活性剂对蛋白酶K会有一定的吸附作用，而阳离子表面活性剂对蛋白酶K在纤维表面的吸附则有一定的阻碍作用，因此，含有5wt％SDS的PLLA纤维的酶降解速率比含有swt％TEBAC的PLLA纤维稍快。虽然纤维中PLLA的分子链可能高度取向，但在整个降解过程中，PLLA纤维样品都处在非晶状态，没有明显的结晶行为。5．与PLLA纤维的降解情况恰好相反，由于脂肪酶PS在磷酸盐缓冲液（PBS）缓冲液中显示较强的负电性，因而阳离子表面活性剂TEBAC会对脂肪酶PS有吸附作用，从而含有5wt％TEBAC的PCL纤维降解速度较快，而阴离子表面活性剂SDS会对脂肪酶PS在纤维表面的吸附有阻碍作用，因此，降解反应在含有5wt％SDS的PCL纤维中几乎不能发生。DSC和WAXD的结果均显示，在降解过程中，含有5wt％TEBAC的PCL纤维的结晶度明显升高。这有两个可能原因：一是脂肪酶PS对PCL纤维的降解是优先发生在无定形区：二是因为降解实验是在37℃的条件下进行的，该温度在PCL的Tg之上和TC温度附近，因而，具有高度排列和取向的PCL纤维就会由于分子链的运动而产生结晶，造成结晶度的提局。6，在电纺丝溶液中加入利福平、紫杉醇和阿霉素等药物，同样会改善电纺丝过程，使纤维直径降低，分布变窄。7．SEM照片和药物控制释放实验均显示，药物模型利福平或抗癌药紫杉醇完全被包埋在PLLA纤维内部，同时，利福平一PLLA纤维和紫杉醇－PLLA纤维在含蛋白酶K的Tris-HCl缓冲液中的释放遵循零级动力学，完全没有突释现象。PLLA纤维的降解速度是药物释放的主导因素。这是在国际范围内首次取得这样的结果，从而使电纺丝超细纤维药物剂型的发展取得了本质上的进步。8．药物在溶剂体系中的溶解性及与高分子材料的相容性是影响药物能否被纤维成功包埋的直接因素，一般脂溶性药物易于被脂溶性的高分子纤维包埋。因此，水溶性的盐酸阿霉素难于被包埋在脂溶性的PLLA纤维内部，在纤维外面和表面存在大量盐酸阿霉素的颗粒。相应地，其药物释放行为存在明显的突释现象，这主要是由纤维外面和表面的盐酸阿霉素的溶解、扩散造成的。而经去盐酸化的阿霉素的脂溶性较好，因此，在PLLA纤维中的包埋及释放行为均得到明显的改善，可实现阿霉素的恒速释放，无突释行为。9．SEM照片显示，药物模型利福平被完全包埋在PLGA（80／20）纤维内部，利福平-PLGA（80／20）纤维在PBS中的释放速率是随着纤维中利福平含量的增加而增加的，利福平的含量越大，其释放速率越快。在释放前期，利福平的扩散起主导作用，而在释放后期，其释放行为则是利福平扩散和PLGA（80／20）降解的双重作用结果。适当增加利福平在纤维中的含量（30wt％），则可以获得恒速的释放行为。10．PBS中TEBAC或SDS浓度的增加会在一定程度上使利福平-PLGA（80／20）纤维的释放速率加快，这主要是由于表面活性剂会降低PBS的表面张力，增加水对PLGA（80／20）纤维的浸润能力，从而加快了利福平的扩散速度。

半结晶性嵌段共聚物自组装与薄膜微相分离

本论文以半结晶性的PLLA-b-PS为研究对象，主要研究两个方面的问题。首先研究聚合物结晶对嵌段共聚物在稀溶液中的自组装行为的影响。在此基础上，研究薄膜状态下，聚合物结晶与微相分离之间的相互作用。首先，我们系统地研究了PLLA-b- PS在不同溶剂中的自组装结构。通过调节溶剂选择性由中性向弱选择性和选择性改变，PLLA-b-PS分别形成类旋节图案，松散的胶束结构和典型的胶束核壳结构。使用混合溶剂，实现了从结晶性的球形胶束向结晶性的片状胶束的转变。标度理论分析和实验结果表明，溶剂与胶束结晶核心之间的界面能的增加是发生这一转变的主要原因。为了研究薄膜中的微相分离与结晶之间的相互作用，我们比较了三种薄膜条件下的相分离与结晶过程。均匀平坦的PLLA-b-PS薄膜是旋节不稳定的，在几以上时，分子链发生微相分离，形成旋节图案，表面诱导分子链的伸展有序化过程促使PLLA分子链发生折叠结晶，形成非经典的亚稳态凸出结构，相分离层间距增大50％。结晶过程为一级动力学。在薄膜中引入成核剂时，PLLA在几以上即开始结晶，同时实现了PLLA与P3之间的相分离，薄膜的旋节不稳定性得到了松弛。结晶使薄膜收缩，形成大量的裂纹。在PLLA熔点以上时，以裂纹为核，在薄膜中形成大量的孔洞。孔洞的生长为经典的动力学过程。我们利用自组装方法在薄膜中引入半结晶性的开放的纳米棒。在几以上时，PLLA在纳米棒中发生结晶，诱导薄膜中的分子链向纳米棒迁移，从而在薄膜中形成孔洞结构。同时，薄膜中的未结晶分子链被表面和界面诱导取向，这种取向结构利于PLLA结晶，结晶被加速，从而孔洞的生长也被加速。也就是说，结晶与孔洞的生长相互促进。在相分离薄膜中，PLLA的结晶形态与结晶温度有关。To＜TgPS时，结晶被束缚在相结构中，相分离结构不变；TgPs＜Tc＜Tm以及Tc→Tm时，结晶对相结构有一定的破坏，相分离片层结构的层间距增大，薄膜收缩，形成大量的裂纹和缺陷。在180℃时，PLLA形成不稳定的晶体结构；PLLA与PS之间的相分离强度被减弱，在线张力作用下，岛状结构的相对高度大幅度增加；在岛状结构的边缘，线张力驱使部分分子链穿越已有的相结构，形成多层岛状结构。

双结晶性嵌段共聚物的合成及结晶形貌研究

众所周知，嵌段共聚物聚乙二醇一聚L-丙交酯（PEG-LLA）、聚乙二醇一聚ε-己内酯（PEG-PCL）中的两个嵌段都是结晶性的，用它们作为结晶一结晶型嵌段共聚物的代表来研究结晶行为和结晶结构是很有意义的，但由于它们的结晶行为比结晶一非晶型的嵌段共聚物要复杂得多，因而至今相关报道很少。本论文合成了不同分子量的聚乙二醇一聚L-丙交酯两嵌段共聚物并对其结晶行为和形貌进行了详细的表征，具体研究结果如下：（1）DSC结果显示，嵌段共聚物中PLLA晶体和PEG晶体共存，并在升温和降温过程中显示出各自的熔融温度（Tm）和结晶温度（Tc），PEG链段的Tm都低于均聚物PEG的Tm，并且随着PLLA链段分子量的增加而降低。另一方面，均聚物PEGSO00的Tc要高于共聚物中的PEG链段Tc的。此外，嵌段共聚物中PEG链段的Tc都随着PLLA链段长度的增加而降低。（2）结果显示，嵌段共聚物的谱图恰好是两个均聚物PEG和PLLA谱图的叠加。这说明在嵌段共聚物中同时存在两个嵌段PEG链段和PLLA链段的相分 离的结晶微区。（3）在110℃或120℃时，不同分子量的嵌段共聚物PEG-PLLA都可以形成环带结晶形貌。偏光显微镜下的周期性的明暗交替消光与原子力显微镜观察到的表面的周期性的凸凹起伏都是由于PLLA片晶沿着球晶的半径方向作周期性扭曲造成的。（4）AFM观察环带球晶发现，凸起部分（ridge）的PLLA片晶以Edge-on方式堆砌，凹下部分（valley）的PLLA片晶主要是以Flat-on的方式堆砌。可见，AFM图像可以更直观的表现出球晶的结构和形态。好M还观察到了嵌段共聚 物的菱形单晶形貌，并发现在单晶中心伴有明显的螺旋位错结构。（5）在110或120℃时，先结晶的PLLA嵌段的片层为PEG的结晶提供了受限环境。PEG的结晶在微米尺度上虽然不会改变嵌段共聚物单晶的形貌，但会增加了单晶的片层厚度。本论文还合成了不同分子量的聚乙二醇一聚s一己内酷两嵌段共聚物并对其结晶行为和形貌进行了详细的表征，具体研究结果如下：（1）DSC结果显示，在嵌段共聚物中，固定PEG嵌段的长度时，随着PCL嵌段长度的增加，PCL嵌段的结晶温度和融温度变化不大，PEG嵌段的结晶温度和熔融温度变化很大。（2） POM结果显示，在不同的结晶温度下，PEG5000-PCL1000形成的球晶类似PEG均聚物的结晶形貌，PEG5000-PCL9000和PEG5000-PCL26000形成的球晶类似于均聚物PCL的结晶形貌，说明嵌段长度对整个结晶形貌的影响很大。（3）PEG5000-PCL5000显示出一种独特的结晶形貌一同心双球晶结晶形貌。同心双球晶的中心和外部分属于PCL嵌段和PEG嵌段的结晶。在同心双球晶的形成过程中，PEG嵌段从同心双球晶的中心一先结晶的PCL晶体片层开始生长，然后以较快的结晶速率冲破PcL球晶，形成自己独立的结晶微区结构。（4）在25，52℃等温结晶后，PEG5000-PCL5000和PEG5000-PCL9000的好M图片上呈现出一种独特的结晶形貌一纤维状或称羽毛状的结晶形貌，这属于PCL链段的结晶形貌。PEG5000-PCL16000和PEG50OO一PCL260OO由于其较长的PCL嵌段，导致其形貌大体上类似于均聚物PcL8000的树枝状形貌。PEG5000-PCLI000呈现有取向的条带结晶结构，类似于均聚物PEG5000的结晶形貌。（5）在36℃等温结晶后，PEG5000-PCL5000和PEG5000-PCL9000的AFM图片上呈现出的树枝状结构宽厚，肥大，这也许是因为PEG作为溶剂或稀释剂促进了PCL嵌段的结晶，使其晶体尺寸增加。

γ-辐照尼龙－610的热学性能

尼龙－610除具备一般聚酰胺的优良特点外，与尼龙－6、尼－66等大批量生产的工程塑料相比，还有其独特的优良特性，即尼龙－610吸水性较小，尺寸比较稳定。因而它广泛应用于制造日用、机械、电器及航空等工业制品。尽管尼龙－610 性能优良，但对一些使用温度和尺寸精度要求高的产品而言，还不够理想。如果将尼龙－610经γ－射线辐照，分子间形成空间网络，可能使产品的尺寸更稳定，使用温度更高，使用领域更为扩展。作为高分子材料，尼龙－610的结构和性能方面的研究很少进行，经γ－射线辐照交联后产物的结构与性能的研究则更为少见。这在一定程度上限制了尼龙－610的加工和使用。本文用DSC示差扫描量热仪，广角X－射线衍射仪等手段研究尼龙－610本身的热性能和结构特性，以及辐照后尼龙－610的热性能。采用对尼龙－610样品进行部分湿度扫描、变更升、降温速度及变更等温结晶温度的方法研究了尼龙－610的熔融、结晶行为。发现在等速升温过程中，均有多重熔融峰出现，它们对升温速率、降温速率及等温结晶的湿度分另有没程度的依赖性。高温熔融峰几科不受升温速度、降温速度及等温结晶温度影响，它主要是在扫描过程中试样原有结晶不完善部分在低温下熔化和再结晶或重排而形成的介稳态α－型晶体的熔化，或在玻璃化变温度Tg以上冷结晶形成的介稳态结晶的重组和重排而形成晶体的熔化。低温熔融峰受升温速率、降温速度及等温结晶的温度影响很大，是由热历史造成的结晶的熔融。多重熔融峰不是来自于不同晶型，实验发现尼龙－610在等速降温和等温结晶过程中产生的结晶均为α－型三斜晶系。采用Tm与Tc作图外推的方法，估得尼龙－610样品的平衡熔融温度为。Tm°= 518.1 K。此值与Van krevelen的报导值516K相近。利用聚合物熔化热和与其对应比容Vsp外推的方法，求得尼龙－610的平衡熔融热为：△Hm°= 51.8 cal/gram。用DSC－RC示差扫描量热 仪研究了室温、真空气氛下，经60 ℃ γ射线辐照的尼龙－610的热行为及辐效应。发现随辐照剂量增加，熔融峰湿度向低温方向移动，从熔体等速降温时，只有单一结晶峰出现，随辐照剂量增加，结晶峰变宽，结晶温度下降，且熔融热与结晶热也随剂量增加而减小。尼龙－610样品在400－700Mrad之间的剂量辐照时，第二次等速升温的熔融谱图上，有冷结晶峰出现，此冷结晶峰随热历史及辐照剂量变化。它主要是尚未形成完整间网络和技化的尼龙－610大分子的贡献。辐照尼龙－610也符合charlesby-Pinner无规交联议程。用Charlesby-pinner方程算得尼龙－610样品的辐照交联G（CL）＝ 0.57。选择适当的等温结晶温度，用DSC－RC示差扫描是热仪研究了辐照尼龙－610榈的等温结晶动力学。动力学计算由3600TADS计算机所带部分面积程序给出。实验出现，随辐照剂量增加，尼龙－610的Avrami指数n减小。结晶表面自由能σ＿e随辐照剂量加而增大，在同一结晶条件下，辐照剂量愈大，球晶数目愈多，结晶愈不完整，说明尼龙－610经γ－射线辐照交联后可能由均相三维无热成核变为异相单维无热成核。且化学交联点，可能充当结晶的成核中心。

尼龙1010的平衡热力学参数及其γ-辐照产物的结晶过程

尼龙1010是我国特有的工程塑料。但对它的结构与性能的基础研究并不多见。迄今为止，许多聚酰胺的晶胞参数已被测定，并比较准确地计算出它们的结晶密度ρ_c。可是，尚未见到过有关尼龙1010的ρ_c的报道。此外，结晶高聚物的平衡熔融温度T°_m和平衡熔融热ΔH°_m是非常重要的热力学参数，尤其是后者更是用量热法计算结晶度的基准。早在50年代，Flory等对它的T°_m和ΔH°_m进行了许多研究，由于受当时历史条件限制，这些数值的准确性不高，不能当作平衡状态的数值。尼龙1010经γ-射线辐照后，有可能提高它的使用温度，扩大它的应用范围和领域。但至今未见到过大剂量下γ-辐照尼龙1010及其添加强化交联剂BMI的γ辐照产物的热学性能和结晶过程的研究。随着科学技术的发展，目前迫切需要准确的尼龙1010的ρ_c、T°_m、ΔH°_m的数值，以及大剂量下γ-辐照产物的热学性能和结晶过程的详细研究，以便更合理地开发和利用这一材料为四化建设服务。本文用DSC差示扫描量热仪、红外光谱仪、广角X-射线衍射仪以及TMS热机械仪等研究手段，准确地测定了尼龙1010的平衡热力学参数，并对尼龙1010及其添加强化交联剂BMI的γ-辐照产物的热学性能和结晶过程进行了详细的研究。用红外吸光度-密度外推法求得尼龙1010的ρ_a（非晶密度）= 1.003 ρ_c = 1.098g/cm~3。1.098g/cm~3与用X-射线衍射法求得的1.135g/cm~3比较，认为后者更为合理。用介稳态结晶试样的ΔH_m-(V-bar)_(sp)的线性关系，求得尼龙1010的平衡熔融热。ΔH°_m = 244.0J/g。企图用常用的Hoffman Tm-Tc外推法来确定尼龙1010的平衡熔融温度T°_m，但未能成功，并指出其升温过程中重结晶异常迅速是此法行不通的主要原因。用Kamide提出的双重外推法成功地求得尼龙1010的平衡熔融温度：T°_m = 487 K = 214 ℃通过详细地研究尼龙1010及其添加强化并联剂BMI的γ辐照产物的热学性能，发现强化交联剂BMI的加入，使尼龙1010大分子的交联更容易，但也使得空间网络较松散；同时γ辐照尼龙1010在再次等速升温过程中出现冷结晶峰是辐照产物中存在可结晶部分、交联网络阻碍可结晶部分结晶两者共同作用的结果。交联网络使可结晶部分在降温过程中来不及结晶，当再次升温到玻璃化转变温度以上时，链段冻结被解除，可结晶的分子链段进行有序排列而结晶，导致冷结晶峰的出现。冷结晶峰的强度和位置与辐照产物中可结晶部分的多少、交联网络的大小即相邻交联点之间的分子量Mc的大小、交联网络的松散程度以及试样的热历史都有关。选择适当的等温结晶温度，用DSC-2C型差示扫描量热仪研究了尼龙1010及其γ-辐照产物和添加强化交联剂BMI的γ-辐照产物的等温结晶过程。用DSC-2C 3600 TADS计算机自带的部分面积程序进行动力学数据处理。通过仔细的等温结晶动力学研究，发现γ辐照尼龙10104 Avrami指数n几乎不受辐照剂量R和强化交联剂BMI的影响，且一般为3.75，这说明尼龙1010及其γ辐照产物的结晶过程接近于均相三维成核。随着辐照剂量R和强化交联剂BMI含量的增大，折迭链表面自由能σe值增大，σe值的分布可能变宽，σe值的这种变化可以归因于辐照剂量R和强化交联剂BMI的含量增大时，交联网络增多，交联密度增大，Mc值的分布变宽，链尾和小链圈的数目增多，活动性减小，同时链尾也增长，结果导致σe（链尾、链圈）增大，从而σe值变大，σe值的分布可能变宽。σe值的这种变化也正是过冷度增大、拖尾现象严重、总的动力学速率常数Kn和结晶速率t_(0.5)~(-1)变小的总根源。由此可见，对于分子量不同或分子结构有差别的同一种结晶高聚物来说，σe值可以作为衡量结晶能力大小的定量标准。

I：新型稀土永磁材料Nd-Fe-B氧化过程及抗氧化新体系研究II：CuO、Y_2Cu_2O_5、BaCuO_2和RBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体磁化率及Cu价态研究

本论文由两大部分组成。第一部分是新型稀土永磁材料Nd-Fe-B氧化过程及抗氧化新体系的研究。Nd-Fe-B永磁体是1983年问世的新型稀土永磁材料。和原有的铁氧体及Sm-Co体系相比，具有磁能积高（50MGOe）。价廉源广，制备简单等三大优点；也有居里温度低（310℃），温度系数大（－0.126%/K），易氧化等三大缺点，我们对Nd-Fe-B合金的氧化过程进行研究，发现该材料热稳定性差，容易发生氧化反应，氧化使材料的结构受到破坏，并给材料的磁性造成不可恢复的损失，整个氧化过程是分阶段的。在室温和干燥的空气中材料基本是稳定的。150℃以下材料磁性受到破坏的主要原因是体系中Nd的氧化。230℃以上材料主体成分Fe也开始氧化，温度升高使反应进程大大加快。到800℃左右反应基本结束，最终产物主要为Fe_2O_3, Nd_2O_3·FeNdO_3和NdBO_3。增加体系中B的相对含量和添加某些新的元素均能提高材料的抗氧化能力，新研制的Nd-Fe-B-Si四元体系和原来的Nd-Fe-B体系相比具有下列显著优点：新体系的抗氧化能力大大提高，经过150℃的长期恒温试验，材料的结构，磁性均未受到破坏，某些体系甚至能在更高的温度下使用，另外，新体系的居里温度Tc也大为提高。比原有Nd-Fe-B磁体高40℃左右。因此该体系是一种大有发展前途的新材料。此外，我们用动态热重法研究了Nd-Fe-B合金的氧化动力学过程，但由于我们新合成的体系构相较为复杂，未能达到预期效果。第二部分是CuO，Y_2Cu_2O_5，BaCuO_2和RBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体（R稀土元素）磁化率及铜价态研究，铜的氧化物具有复杂的化学计量关系和磁学性质。在对CuO的磁化率研究中，我们发现在低温区（77K－110K）和一定磁场下，CuO由顺磁突变为抗磁。这种转变与磁场强度有很大关系。这一结果与前人的工作有较大的出入。而与超导体的形为极为相似。所不同的是，转变温度与样品的重量也有关系。实验结果重复。由于铜氧性质在R-Ba-Cu-O超导体中起决定作用，因此有必要对CuO的低温磁性作进一步研究。此外，我们对文献尚未报道的Y_2Cu_2O_5的磁化率在77－300K温度区间进行了测量，发现它是顺磁性物质，室温有效磁矩μ_(eff) = 2.13μB。高于Cu~(2+)的理论有效磁矩（1.73μB）。经过碘量法价态分析，发现Y_2Cu_2O_5中有部分Cu~(3+)，这与磁化率的测定相符合。Tc在90K左右的Y-Ba-Cu-O体系是近期才发现的具有超高温超导材料。该体系有着独特的结构和性质。在对R-Ba-Cu-O及R-Ba-Cu-O-Ag超导体的研究中，我们发现此类超导体属II类超导体，在临界温附近该超导体由顺磁转变为抗磁，此种变化与磁场强度有很大关系，当场强大于一定值后，则观察不到这种转变。在对RBa_2Cu_3O_(7-δ) (R = Y, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm)超导体和具有相同配比但由于合成工艺条件不同而不超导的R'Ba_2Cu_3O_(7-δ) (R' = Y, Sm, Eu, Gd)非超导体的铜价态分析中，我们发现此两类化合物中均含有一定量的Cu~(3+)。且超导体中Cu~(3+)的含量高于非超导体中Cu~(3+)的含量（同样比例）。我们还发现Cu~(3+)对水极为敏感，将RBa_2Cu_3O_(7-δ) (除R = Gd, Dy, Er)超导体在未干燥容器中测出的Cu~(3+)量远远低于干燥容器中所测得的值。我们认为这可能是引起超导体不稳定的重要原因。由于尚缺乏用其它手段检测到超导体中Cu~(3+)存在的例证。故对此问题还有待于今后继续作进一步的研究。

某些钙钛矿型复合稀土氧化物的合成及其性质的研究

本文研究了具有钙钛矿结构的LnAlO_3:Re~(3+)发光材料和Y-Ba-Cu-O超导材料的合成、结构、组成、掺杂取代对其性能的影响。工作主要以Y-Ba-Cu-O超导体的研究为主，分以下几个方面：1、建立了一个准确测定Ba-Y-Cu-O体系中的Ba、Y、Cu组分的化学分析方法，并结合其工艺过程推测了一些结果。2、Y-Ba-Cu-O体系超导样较理的烧结工艺过程，通常需要预烧，高温烧结，低温退火三个步骤，低温退火能提高超导相的含量。3、作了Y、Ba、Cu的比例对超导性能的影响，具有抗磁性的Ba的范围为0.8-2.3; Y为0.4-3；Cu为2.5-5。由此得出Cu量的变化对超导相的形成及超导性能的影响最小。Y次之，Ba最大，此部分工作为以后的掺杂取代提供了量的依据。4、研究了Y_1Ba_(1.8)Mo_(0.2)Cu_3O_y (M = Sr, Na, K, Cs)体系中M对其结构和超导性能的影响。Sr~(2+)取代了Ba~(2+)格位，且随Sr量的增大，Tc降低，Na~+嵌于晶胞的原子间隙，K~+, Cs~+的引入对其结构没什么影响，在较小的范围内，Na~+, K~+, Cs~+的加入对Tc影响很小，在相同条件下制备的Y_1Ba_(1.8)M_(0.2)Cu_3O_y (M = Na~+, K~+, Cs~+)超导体随M~+离子半径的增大，电流密度增大。5、研究了Y_1Ba~(2-x)K_xCu_3O_y体系中K部分取代Ba格位时对其结构和超导性能的影响，实验结果表明，尽管K~+与Ba~(2+)的离子半径非常接近。但K~+并未取代Ba格位。与Sr相比，K量在较宽的范围内(0.1-0.5)不影响零电阻转变温度。6、Y_1Ba_2Cu_3O_y体系中掺入一定量的K后，使得工艺过程大大改进，从原来的十几个小时降到3小时左右，并且不需作退火处理。另外，研究了K在其中的作用：加快样品在冷却过程中Cu的氧化速度以及吸氧和分散氧的速度，即加快四方相－正交相的转化，形成超导相。通过对样品进行X－射线，拉曼、顺磁，电镜以及铜的价态，氧含量分析，K可能部分取代了Cu格位，从而导致在不同的制备条件下制出与Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)超导体性能相近的超导材料。目前，对于掺钾的工作不未见任何报导。LnAlO_3中Ce~(3+), Tb~(3+), Dy~(3+)的发光及Ce-Tb, Ce-Dy的敏化发光本文采用BuF_2作为助焙剂和抑制剂经固相反应合成了一系列以LnAlO_3 (Ln = La, Gd, Y)为基质的磷光体，系统地研究了LnAlO_3中Ce~(3+), Tb~(3+), Dy~(3+)的发光及Ce-Tb, Ce-Dy的敏化发光。LnAlO_3属于钙钛矿结构，但随Ln~(3+)的不同，其晶型结构不同，LaAlO_3为负方晶系, GdAlO_3, YAlO_3为正交晶系，这样LnAlO_3作为基质对激活剂的发光性质影响不同，其影响不仅与晶型结构有关，而与其内部的共价程也有关系，本工作得到了一些规律性结果。

聚乙烯与极性聚合物共混物的增容及相互作用的研究

本论文主要包括增容剂LLDPE－g－PMMA的合成及其在LLDPE与极性聚合物共混体系中增容作用的研究。增容剂LLDPE－g－PMMA系采用自由基引发的悬浮聚合方法合成的。产物经丙酮抽提后，经IR分析证明，接枝物中有PMMA的特征吸收峰，证明了用这种方法可以合成出LLDPE－g－PMMA。接枝物的接枝率一般为10wt%左右。合成实验中发现悬浮聚合体系越稳定，产物的接枝率越高。对接枝物LLDPE－g－PMMA分别用电镜（SEM.TEM），DSC，SAXS及动态力学等进行了结构方面的研究。PMMA主要接枝在LLDPE的非晶区，产物中大部分的LLDPE未参与接枝反应。TEM照片的结果表明，PMMA在接枝物中聚集，聚集的PMMA以分散相存在于LLDPE连续相中，PMMA接枝到LLDPE上后，使LLDPE的结晶变得完整， LLDPE－g－PMMA的Tm.Tc略有升高。SAXS测出的接枝物中LLDPE的长周期较均聚物LLDPE的大，说明接枝LLDPE－g－PMMA增加了LLDPE的非晶部分。动态力学结果表明，接枝物中LLDPE的β松驰向温度高的区域移动，反映了接枝段PMMA对LLDPE中非晶区链段运动有阻碍作用。接枝物LLDPE－g－PMMA对LLDPE与不同极性聚合物共混的增容效果和作用的研究表明：LLDPE－g－PMMA对LLDPE／PMMA。LLDPE／PVC共混体系均有增容作用。使分散相的颗粒变小，两相界面的粘着得以改善。力学性能提高。分别用DSC，SEM，FTIR及动态力学等方法深入研究了LLDPE－g－PMMA对LLDPE／PVF_2共混体系的增容效果。SEM结果表明：增容剂LLDPE－g－PMMA可以明显地改善LLDPE／PVF_2共混物中两相间界面的粘着情况，使分散相应变小，力学性能提高。动态力学结果表明，增容剂LLDPE－g－PMMA可使LLDPE／PVF_2共混物中PVF_2的Tg升高，表明接枝段PMMA仍可与PVF_2互溶，但较均取PMMA稍差。DSC结果表明：共混增容体系中PVF_2的Tm.Tc降低，反映了接枝段PMMA使PVF_2的结晶变得困难，结晶速率降低，球晶生长速率变慢。由于接枝段PMMA与PVF_2之间存在相互作用，所以导致共混物中PVF_2的IR特征吸收峰产生位移。综上所述，接枝物LLDPE－g－PMMA对LLDPE／PMMA、LLDPE／PVC和LLDPE／PVF_2共混体系均有增容作用，但增容效果以LLDPE／PVF_2共混体系为最好。

无规支化高聚物溶液标度规则的研究

研究分化结构对标度律的影响，具有重要的理论意义。1. 支化物的合成与表征 通过苯乙烯（ST）和少量二乙烯基本（DVB）共聚，制得了几个四官能度分化聚苯乙烯（BpS）样品。利用GpC数据和[η]值，用电子计算机试误法拟合粘度曲线，确定了四官能度支化聚苯乙烯的分子量和支化参数。2. 只通过线型和无规分化聚苯乙烯的lyM-Ve曲线的斜率求得了回转半径与聚合度关系R_b ～ N~(ν_b)中的标度指数ν_b = 0.459，与计算和结果相符合。（本实验中得到ν_t = 0.553）。3. 用光子相关光谱研究了支化结构对扩散解为的影响。无规支化聚苯乙烯分子在环已烷中扩散（稀溶液范围）与浓度和温度有关，发现支化对浓度系数kd有影响，kd = 0时的温度Tc（这一温度是高分子链从θ条件下的无扰状态向良溶剂中链完全伸展状态过渡的临界温度）由于分子的支化而升高，扩散系数具有处复的浓度依赖关系（55 ℃时B4-2的kd = 0）。4. 支化对细结的影响 用粘度法测定了LpS和BpS样品在25 ℃THF中的临界结浓度C_E~*，在我们测定的分子量范围内，无论LpS还是BpS的临界细结浓度C_E~*都与C_E~* ～ N~(1-3ν)标度关系存在偏离，这是由于未考虑排除体积效应（与分子量有关）造成的。从上看出，支化分子的标度规则与线型分子的存在明显差别，而且在不同的浓度原，长支链的存在（结构因素）和由于支化使分子尺寸变小对溶液性质具有不同的影响。

PP／EPO和LDPE／EPO共混体系的相容性、结晶结构、结晶动力学的研究

用WAXD、TBA、DSC等方法对PP／EPO共混体系的结晶结构和相容性进行了研究。WAXD方法测定表明PP／EPO共混体系的结晶度随EPO组份含量的增加而降低，晶胞参数值与组份比无关，使用Hosemann次晶模型法计算了此体系的第二类晶格畸变和应力畸变，表明衍射峰的宽化主要是由第二类晶格畸变引起的。根据DSC和TBA实验得出在所有组成PP／EPO共混体系是不相容的，但在非晶区可能部分相容。采用WAXD、DDV、DSC等方法对LDPE／EPO共混体系的结晶结构和相容性进行了研究，用Ruland方法计算的结晶度值随EPO组份含量的增加而降低，晶胞参数值与组份比无关。使用方差——范围函数方法计算了LDPE／EPO共混体系的（110）和（200）晶面的微晶大小（L_(hkL))和晶格畸变参数（g_t）。L_(hkL)和g_t值随EPO组份的增加而下降。从DDV－II粘弹谱仪测得的共混体系的谱图可看出，在β松驰附近，EPO的β转变随LDPE的加入量增加向低温方向移动，这是由于渗透到EPO非晶中的LDPE非晶部分影响了EPO链段运动所致。从LDPE／EPO共混体系的DSC图谱可知，只存在一个熔融峰，这说明很可能LDPE与EPO形成了共晶，从共混物的Tm、Tc可知，随EPO组份增加，熔点下降，结晶温度下降，纯EPO显示出高于LDPE及共混物的Tm.WAXD法证明，这是由于EPO中PE长序列贡献的结果。为了进一步证实EPO中少量结晶相与LDPE中晶相形成了共晶，我们做了萃取实验，结果表明了共晶的存在。由于各种聚乙烯的非晶相间是任意混容的，大部分为非晶部分的EPO中少量结晶相又与LDPE的结晶相形成了共晶，因盯LDPE／EPO是相容的共混体系。用DSC方法研究了LDPE／EPO共混体系的结晶动力学，对LDPE／EPO共混体系的等温结晶动力学研究表明，共混物是三维生长的异相成核。共混体系的平衡熔点随EPO含量的增加而降低，采用Lauritzen提出的Z判断方法，得出共混体系在各个结晶温度下的结晶过程都是以方式（II）进行的。采用Avrami方程和Ozawa方程的新的处理非等温结晶动力学的方程，研究了LDPE／EPO共混体系的非等温结晶动力学，得到了描述非等温结晶过程的一些基本参数。

稀土元素的价态及半径对LnBa_2Cu_3O_(7-δ)化合物的结构、超导电性及某些性质的影响

本文系统地研究了稀土元素的价态，半径对LnBa_2Cu_3O_(7-δ)化合物的结构、超导电性、某些性质的影响，分以下几个方面。1、LnBa_2Cu_3O_(7-δ)化合物的结构和某些性质（如氧含量、Cu~(3+)/Cu~(2+)之比值，晶胞参数、正交畸变等）均随三价稀土离子半径呈现规律性的变化。2、研究了YbBa_2Cu_3O_(7-δ)的合成机理，提出了不同于YBa_2Cu_3O_(7-δ)的反应机理；研究了Ln对(YbLn)Ba_2Cu_3O_(7-δ)结构和性质的影响。3、分析了LnBa_2Cu_3O_(7-δ) (Ln = Pr、Y)的XPS图谱，讨论了影响PrBa_2Cu_3O_(7-δ)超导性的原因。4、研究了Ln对(PrLn)Ba_2Cu_3O_(7-δ)的结构及超导电性的影响，讨论了Cu-O链，Cu-O层，Cu~(3+)对超导性的贡献。5、研究了稀土取代Bi（部分）对Bi-Sr-Ca-Cu-O结构及超导性的影响，稀土取代只有低Tc相生成，少量稀土取代Bi可得-80k的超导电性。

铜的多元复合物组成、结构和电学性质的研究

本论文包括三个部分的内容，第一部分研究了Y-Ba-Cu-O材料中，钙、钾、氟离子的掺入对材料结构和电、磁学性质的影响。1、在Y_(1-x)Ca_xBa_2Cu_3O_(7-y)系列中，当x ≤ 0.15时，钙离子进入了YBa_2Cu_3O_(7-y)晶格中钇离子的位置，使晶胞参数略为增大，但没有引起正交 → 四方相变。钙离子渗入导致123相中Cu~(3+)含量上升，同时材料的监界超导转变温度下降。因此，Cu~(3+)含旱管高可能是对超导电性不利的。由于钇离子位置紧邻着Cu(2)-O平面而与Cu(1)-O链相隔较远。因此，钇离子被钙离子替代时主要影响了Cu(2)-O平面的性质。少量钙离子的渗入即明显影响材料的超导电性，这说明Cu(2)-O平面的性质与超导电性密切相关，并可能起着关键的作用。2、在Y(Ba_(1-x)Ca_x)_2Cu_3O_y系的研究中，当x = 1，YCa_2Cu_3O_y是一个单一的化合物，文献未见报道，本文研究了它的结构，电学性质与热学性质，确定它的结构属正交晶系，a = 5.286 A、b = 7.636 A、c = 9.286 A。热分析表明YCa_2Cu_3O_y在1080 ℃分解，分解前于380 ℃ 和608 ℃出殃失氧现象。这个化合物是黑色n型半导体。室温电阻率1.2 * 10~5Ω·cm。与热分析中的失氧温度相对应，lnρ-1/T曲线上在370 ℃、620 ℃ 出现两个转折点。3、在Y-Ba-Cu-O材料中渗入钾离子能细化材料晶粒，降低超导转变宽度，提高零电阻温度，但由于KOH、K_2CO_3等强吸湿性杂质的存在也降低了材料的稳定性。4、在Y-Ba-Cu-O材料中间时掺入钾和氟离子时，材料的超导电性的变化与仅掺钾时相似。这种变化可能主要是钾离子的影响造成的。第二部分中，我们研究了Ca-Sr-Ca-O系的相图和新化合物Sr_3Cu_5O_(8+x)、CaSrCu_3O_(5+x)的结构和电学性质。在第三部分中，广泛研究了组成为Bi_tSr_vCa_wCu_zO_y超导材料的制备，结构和超导电性。铋系超导材料的形成貌与YBa_2Cu_3O_y材料有较大差异，前者是片状层叠的晶粒堆积而成，后者是球状小颗粒堆积而成的。我们合成的材料最高起始转变温度124K，最高零电阻温度112K，与国际上已达到的最高Tc值一致。Jc值达到131A/cm~2。

Bi系铜酸盐的固体化学性质与超导性能

本论文基于固态化学原理，以Bi系中2223高Tc相的稳定性为中心，通过对该复合氧化物的超导电性的系统研究，从整体上来认识铜酸盐化合物的超导电性的系统研究，从整体上来认识铜酸盐化合物的超导性能。前四章侧重于对Bi(Pb,Sb)系中的一些基本性质和特殊现象的研究，后面章节则主要是对晶体中Cu-O面内、面外元素替代效应的探讨。