摘要
作为一种以生物资源为原料人工合成的生物降解脂肪族聚酯，聚乳酸(PLA)被广泛地应用于生物医用领域。同时，由于其植物来源性、良好生物降解性和可加工性，PLA也被认为是一种非常有前途的理想的石油基塑料的替代品，以解决严重的环境污染，摆脱对石油资源依赖。然而，PLA自身一些缺陷，例如脆性严重、成本较高、降解周期难控制等，成为PLA发展的瓶颈，严重阻碍了聚乳酸市场的进一步扩大。本论文针对PLA的缺点，分别以分子链中含有聚醚链的弹性体和热塑性乙酰化淀粉为PLA的共混改性剂，采用熔融共混的方法，获得了性能优良，适宜于工业化加工生产的新型聚乳酸基高分子材料。同时，通过对共混多相体系的相容性、形态结构及性能的系统研究，加深对共混物基本物理问题的认识，明晰高聚物结构与性能之间的关系。论文的主要内容和结论如下： 1.以环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚物(ECO)为PLA的增韧改性剂，采用熔融共混的方法获得了性能优良，适宜多种加工方式的聚乳酸基高分子材料。研究结果表明：PLA与ECO为热力学不相容体系，但两组分之间存在一定的相互作用。少量ECO的加入，促进了PLA的结晶，提高了PLA的结晶速度和结晶度。力学结果表明，ECO有效的改善了PLA的韧性。当ECO含量为20wt%时，断裂伸长率由5%提高到160%，冲击强度从4.3kJ/m2增至63.9kJ/m2。SEM结果显示，材料由脆性断裂转变为韧性断裂。橡胶粒子的存在引发基体屈服，是体系韧性提高的内在机理。流变流变性能研究结果表明，随ECO含量的增加，PLA的熔体黏度和储能模量逐渐升高，材料的熔体强度得到改善，这将有利于聚乳酸的吹塑成膜和发泡成型加工。 2.选用可来源于再生资源的具有良好生物相容性的聚醚-b-酰胺热塑性弹性体PEBA作为PLA的增韧改性剂，通过熔融共混的方法制备了PLA/PEBA共混体系。研究结果表明：PLA/PEBA共混体系为不相容体系，体系呈现典型两相形态结构，PEBA以粒径为0.3-1.5μm的球状粒子均匀的分散在PLA基体相中。PEBA的加入有效的改善了PLA的韧性。PLA/PEBA共混物的断裂伸长率和冲击强度随PEBA含量的增加而增大，拉伸强度和模量有所降低。在PEBA含量为10wt%时，共混物表现出较为均衡的力学性能；而PEBA含量为20wt%体系表现出最佳的增韧效果：断裂伸长率由纯PLA的4%增至300%，冲击强度提高至43.9 KJ/m2，为纯PLA的10倍。两相之间界面空洞化引发基体剪切屈服是导致材料韧性提高的内在机理。动态流变性能研究结果表明，在高ω区域，共混物的复合黏度和储能模量随PEBA含量的降低而有所降低，而中低ω区域，复合黏度和储能模量随PEBA含量的增加而提高，这可能是由于分子间相互作用的结果。扭矩结果表明，PEBA的加入促进了PLA在加工过程中的流动性。TGA结果显示PEBA的加入对PLA的热稳定性有所降低，但幅度不大。 3.以来源于生物资源的PLA与热塑性乙酰化淀粉(ATPS)为组分，通过熔融共混的方法制备了价格低廉、性能优良的可完全生物降解复合材料。研究结果表明：PLA与ATPS之间具有部分相容性，两相之间具有较好的界面结合。共混体系的力学结果表明两相之间具有良好的力学互补性和协同效应；PLA改善了ATPS的力学强度，同时ATPS的加入提高了PLA的断裂伸长率和冲击强度。热学行为研究结果发现，ATPS促进了PLA由玻璃态的冷结晶，而抑制了PLA从熔体的结晶。ATPS的存在提高了PLA的流动性，降低其热稳定性。增塑剂甘油在共混体系中扮演重要的角色。
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