氧化石墨烯纳米增容聚乳酸/弹性体不相容共混物的界面构筑及增容机制

Nanofiller compatibilization in immiscible blends has become a research focus in recent years. Since lacking effective way to control the interactions between nanometer materials and matrix, the power of nano compatibilizing was limited for the new nano materials of graphene. In this project, grapheme oxide will be used to modify the incompatible blends of elastomer toughening poly (lactic acid) (PLA). Functional graphene oxide (f-GO) by macromolecular will be prepared through chemical grafting method to increase the chemical role between nanomaterials and elastic matrix. By changing the kinetic and dynamic condition to control the interface distribution of f- GO. The PLA crystal morphology, crystallization kinetics and the crystal structure for composites with interface distributed by f-GO will be investigated to control the crystal structure and enhance the physical effects of poly (lactic acid) (PLA) and f-GO. The relationship between material structure and performance of composites of PLA/elastomer blends compatibilized by f-GO which has the enhanced interface by chemical and physical role will be studied. The research of this project will provide theoretical foundations to take advantage of GO to realize compatibly role and prepare PLA with high performance.

采用纳米材料对不相容共混体系进行纳米增容已成为近年来的研究热点，但针对新兴的石墨烯增容不相容共混体系，目前还缺乏有效手段控制纳米材料与基体的相互作用，因而限制了纳米增容效应的充分发挥。本研究针对不相容的弹性体增韧聚乳酸体系，通过调节氧化石墨烯与基体的化学与物理作用，强化聚乳酸/弹性体不相容共混物的界面，实现对聚乳酸弹性体共混体系的增容，提高聚乳酸材料的综合性能。采用与基体组分相同的大分子接枝氧化石墨烯，制备功能化的氧化石墨烯 (f-GO)，增强纳米材料与弹性基体间的化学作用。通过改变热力学与动力学条件，调控功能化氧化石墨烯的界面分布，研究聚乳酸的界面结晶行为，增进f-GO与聚乳酸的物理作用，实现化学作用与物理作用协同增强界面结合。通过分析纳米增容的共混体系的微观结构与宏观性能的关系规律，探讨界面增容的作用机制，为更大限度的发挥纳米增容的优势及制备高性能可降解聚乳酸材料奠定实验和理论基础。

采用纳米材料增容不相容共混物可以在实现增容的同时，赋予基体纳米材料的优越性能，是近年来的研究热点之一。但对于石墨烯增容不相容共混体系，还缺乏有效手段控制纳米材料与基体的相互作用，因而限制了纳米增容效应的充分发挥。本项目针对不相容的弹性体增韧聚乳酸体系，通过改性氧化石墨烯实现对该体系的纳米增容。经过三年的实验研究，顺利完成了项目研究计划。采用物理和化学两种方法制备了大分子改性的氧化石墨烯。针对化学改性的氧化石墨烯，研究了改性氧化石墨烯在聚乳酸/弹性体共混体系的分布规律，以及对共混物相结构和界面结构的影响，实现了对不相容共混物界面结构的调控。进一步结合微观相结构及界面结构与力学性能的研究，发现共混物体系交联网络的存在是提高共混物的相容性，增强共混物界面结构的关键，从而揭示了功能化氧化石墨烯增容聚乳酸/弹性体共混物的基本机理。在理解纳米增容机理的基础上，本工作进一步通过物理改性氧化石墨烯实现了对材料的纳米增容。采用聚乙二醇（PEG）物理改性的氧化石墨烯对聚乳酸/弹性体共混体系进行了增容改性，研究了PEG含量对氧化石墨烯选择性分布的诱导规律，并揭示了其中结构与性能的关系规律，为更大限度的发挥纳米增容的优势及制备高性能可降解聚乳酸材料奠定了实验和理论基础。