摘要
进入21世纪，许多国家的建设转向可持续的资源循环型绿色发展方式，大力发展环境友好的生物高分子材料已在全球范围内蓬勃兴起。聚碳酸亚丙酯（Polypropylenecarbonate，PPC）作为一种新颖的生物可降解高分子材料，由于其易于获取的原料和完全可生物降解特性而引起了广泛的关注。但是，PPC为无定型聚合物，在常温下表现出机械脆性，断裂伸长率仅有13％左右，这种固有的缺点制约着PPC材料的大规模应用。针对无定型聚合物的增韧改性，通过熔融共混引入弹性体是较为简单高效的办法。此外，众多研究表明无定型聚合物/弹性体共混增韧体系基于无定型聚合物玻璃化转变前后分子链运动差异，可通过热机械变形程序设计实现材料的临时形状塑造和初始形状回复，即形状记忆效应（Shapememoryeffect，SME）。特别的，生物相容的PPC玻璃化转变温度（Tg）接近人体温度，可赋予PPC基形状记忆共混物体温响应性，具有实现智能生物应用的潜力。因此，弹性体共混增韧改性有望在优化PPC机械性能的同时实现体温驱动形状记忆，这对提升PPC附加值和拓宽其应用领域具有重要的研究和现实意义。 本论文以PPC的增韧改性及形状记忆性能实现为研究主线，采用熔融加工制备具有多种微观结构的PPC复合材料。通过调控相形态结构，不仅优化了PPC的韧性，而且在体温驱动形状记忆、仿生设计多功能化以及多重形状记忆的开发和功能应用拓展等方面均取得重要成果。基于结构与性能的关系，深入系统地探究了形态结构对PPC的增韧改性及形状记忆性能的影响和相关机理，为制备高性能及功能化PPC复合材料提供了新的思路及基本理论支撑。具体研究内容和实验结果如下： 1、通过热塑性聚氨酯（Thermoplasticpolyurethane，TPU）熔融共混增韧PPC制备了体温驱动形状记忆复合材料。在PPC中添加TPU后，韧性显着提高，形状回复率（Recoveredratio，Rr）逐渐增加，但形状固定率（Fixedratio，Rf）呈下降趋势。由于TPU和PPC之间的高效协同作用，共连续结构的PT50（50wt％TPU）样品获得了最佳的SME，其Rf和Rr分别达到94.4%和95.0%。引入TPU不仅提高了PPC的Rr，而且还提高了其回复速度和回复应力，从而使该材料在实际应用中能够实现更好的形状回复效率。PT50制作成螺旋状支架后，在37℃时能发生快速响应的形状回复，仅在20s内即可完成出色的自膨胀。此外，该材料被证明具有良好的血液和细胞相容性，进一步表明了其在生物医学支架制造中的巨大潜力。 2、通过微纳多层共挤出制备了PPC/TPU仿珍珠层结构复合材料。相比同组分的共混物，多层材料表现出更高的Rf和Rr。其次，多层材料能产生稳定且持久的应力释放，并通过形状回复的作用提升了自重880倍的物体。多层材料中透明的PPC和TPU平行排布使光可以直接通过，从而获得了优异的光学透明度。此外，在层间脱粘和层逐步断裂的作用下，多层材料的拉伸强度、断裂伸长率、屈服应力相较于同组分的共混物分别提高了90％、70％、100％。该方法为开发具有出色的光学、机械和形状记忆性能的仿珍珠层结构复合材料开辟了一条新途径，可以扩展到不同的无定型聚合物和弹性体。 3、通过多相复合制备了具有三重形状记忆的PPC/TPU/聚乳酸（Polylacticacid，PLA）复合材料。随着PLA的加入，拉伸强度和屈服强度逐渐提高，并优化了断裂伸长率，实现了PPC的同步增强增韧。当PLA的含量为15wt％时，拉伸强度和断裂伸长率分别提高了94.4％、54.5％。对于两重形状记忆（PLA/PPC共混物作为单一可逆相），PLA含量的增加可持续优化Rf，而Rr呈现出先降低后增加的趋势。此外，当PPC和PLA分别充当可逆相，基于两者温差明显的Tg，实现了三重SME，且能通过PLA/PPC可逆相的形态结构设计进行性能调控。当PLA的含量为15wt％时，两个临时形状均可以得到有效固定和回复，材料实现了最佳的三重SME。
NETL