PLA/ESO/DCA动态硫化反应机理、相形态演变与性能调控

The key to construction of multi-phase and multi-component polymer blends refers to the regulation of phase morphology and interfacial properties. To improve properties of both vulcanized epoxidized soybean oil (VESO) resin and poly(lactic acid) (PLA), we plan to introduce dynamic vulcanization into a condensation polymerization system of PLA with epoxidized soybean oil (ESO) and dicarboxylic acid (DCA) to produce high performance, fully biobased, and thermoplastic PLA/VESO binary polymer blends. We will study the reaction mechanism and interfacial compatibilization of PLA/ESO/DCA dynamic vulcanization system, detailedly investigate the effects of molecular structures, blend compositions, thermodynamic and dynamic conditions on the morphology evolution and forming mechanism of the multi-component system, and the discover the key technologies to regulation of the phase morphology. Furthermore, we will further investigate the effects of blend compositions, phase morphological and interfacial characteristics on the comprehensive properties of PLA/VESO blends, and finally build the relationship in structure-processing-morphology-properties of the fully biobased multi-component polymer blends. Through the systematic investigation on these scientific problems, we hopefully not only achieve some important results which may enrich the fundamental principles in morphology evolution and property regulation of multi-component polymer blends processed by dynamic vulcanization but also get a series of high performance fully biobased polymeric materials. Therefore, the proposal is of valuable from viewpoints of both science and application.

多相多组分体系构筑的关键在于相形态与界面性质的调控。针对热固性环氧大豆油树脂(VESO)力学性能差且不可热塑成型与聚乳酸(PLA)缺乏韧性等缺陷，本项目提出将动态硫化技术应用于聚乳酸/环氧大豆油/二元酸(PLA/ESO/DCA)逐步聚合反应体系制备高性能、全生物基、热塑性PLA/VESO多组分材料。通过对动态硫化产物结构与界面性质研究，揭示动态硫化反应机理与增容机制；系统研究分子结构、共混物组成、热力学、反应动力学与加工条件等对体系相形态演变、形成机制与界面性质的影响，揭示体系相形态与界面性质调控的关键技术；详细考察共混物组成、相形态与界面特征对其综合性能的影响，构建其结构-加工-相形态-性能关系。项目研究成功后，不仅可丰富动态硫化过程相形态与界面性质调控的相关理论，而且有望获得一类从热塑性弹性体到高韧性塑料的多用途、高性能、全生物基高分子新材料。因此，本项目兼具科学意义与实用价值。

针对热固性环氧大豆油树脂(VESO)力学性能差且不可热塑成型与聚乳酸(PLA)缺乏韧性等缺陷，本项目提出将动态硫化技术应用于聚乳酸/环氧大豆油/二元酸(PLA/ESO/DCA)逐步聚合反应体系制备PLA/VESO多组分材料，通过对VESO的分子结构、共混物的形态结构、界面增容等的设计，实现PLA/VESO共混物的高性能化。.在本项目资助下，我们首先开展了二元酸与环氧大豆油固化反应机理、动力学以及固化产物性能的研究。在此基础上，研究了二元酸、环氧大豆油与聚乳酸的动态硫化，制备了一低含量PLA为连续相，高含量VESO为分散相的共混物，由于热塑性PLA作为连续相，共混物表现出很好的热塑加工性，即使交联VESO含量高达80wt%，仍然可以进行注塑成型；由于VESO与PLA间的界面增容反应，共混物表现出良好的力学性能，随着PLA含量增加，共混物的强度与断裂伸长率均获得了很大的提升，断裂伸长率的提升得益于共混物界面剥离空洞化诱导聚乳酸基体塑性形变的增韧机理。进一步，研究了利用动态硫化技术制备PLA为高含量组份、VESO为低含量组份的PLA/VESO增韧共混物，系统研究了二元酸/环氧大豆油配比对VESO的拓扑结构、PLA/VESO共混物的相态结构、界面性质、增韧机理等的影响，研究发现，当羧基/环氧比为0.3~0.5时，PLA/VESO共混物表现出良好的相态结构与力学性能，断裂伸长率可达420~620%，冲击强度可达395~542J/m，均为目前报道的植物油基高分子增韧聚乳酸的最高水平，该共混物的增韧机理为分散相VESO内空洞化诱导聚乳酸基体剪切屈服的能量吸收与耗散机理。 .在本项目资助下，我们还开展了高韧聚乳酸共混物中立构复合晶的构筑及其对共混物形态结构与性能的影响、利用动态硫化技术调控碳纳米管在不相容聚乳酸共混物中选择性分布、以及低性能环氧大豆油树脂在生物降解可持续油水分离材料领域的应用等研究工作。相关研究成果在Macromolecules，Chemical Engineering Journal，ACS Sustainable Chemistry & Engineering与Composites Part B等权威刊物发表SCI论文24篇，获授权国家发明专利1项，培养硕士研究生6人，已毕业4人。