摘要
聚乳酸（PLA）材料因其优异的生物降解性、生物相容性和机械性能，被广泛应用于组织工程、油水分离、药物缓释和生活塑料等领域，有望改善石油基塑料对生态环境的危害。然而PLA本身是一种半结晶聚合物，其结晶形态难以控制，导致多层次微纳结构难以实现，而多层次微纳结构可以赋予PLA材料更广泛的应用前景和使用范围。因此，本文主要研究PLA多层次微纳结构的调控，制备PLA表面微纳结构以及内部多孔层次化结构，并对其功能性进行研究。具体的研究内容主要包括以下三个部分： （1）以玉米秸秆为原料，通过微波辅助水热法制备生物质碳量子点（CQDs）溶液，然后采用CQDs辅助静态呼吸图案法(Breath-Figure)，结合Picking乳液机理，构建了蜂窝状的CQDs/PLLA多孔表面。通过调节CQDs的含量或PLLA溶液浓度，CQDs/PLLA 复合膜的孔径分别从1.85 μm增加到30.59 μm，5.78 μm减少到2.36 μm，并提出了在聚合物溶液与水滴界面处形成的吸附层的结晶能力对孔隙尺寸的影响机理。同时探究了CQDs的辅助作用机理，研究了一种新的具有动态控制的一步模板形成方法。与传统的呼吸图案法相比，该工作还避免了高湿度、流动气体和两亲表面活化剂等缺点，并有望成为细胞培养研究的基质材料。 （2）采用原位聚合反应使CQDs接枝右旋聚乳酸（PDLA），然后开发了一种 CQDs 成核界面结晶诱导相分离的新方法，探究了通过控制不同CQDs-g-PDLA浓度的方法来制备出多层次的可调分级纳米结构（层状结构、微球、花瓣状结构和微/纳米球结构）。同时探索了CQDs作为异相成核剂，PLLA和CQDs-g-PDLA形成的立构复合晶对PLA材料多层次结构的形成机理。其中30wt%CQDs-g-PDLA/PLLA膜的水接触角高达168°，最大吸油率可达9.7 g/g，在表面自清洁和油水分离方面具有优异表现。不同于常用的引入纳米粒子或疏水剂，这种通过构建可控的分级结构获得超疏水性能的方法，为超疏水材料的结构设计提供了新的思路。 （3）通过接枝反应引入纤维素纳米晶体（CNC），将PDLA分子链接枝在CNC表面制备CNC-g-PDLA，以增强CNC与疏水性聚酯基质之间的相容性，并提高纳米复合材料的力学性能和结晶性能。同时，采用低温诱导相分离方法制备具有多孔结构的CNC-g-PDLA/PLLA膜，用于油水分离领域。CNC-g-PDLA/PLLA膜的拉伸强度从36.1 MPa增加到49.5 MPa，弹性模量从877.1 MPa增加到1188 MPa，断裂伸长率从18.4%增加到31.9%。其中5wt%的CNC-g-PDLA/PLLA多孔膜表面接触角达到146°，且具有8.4 g/g的吸油率，有望应用在油水分离领域。
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