超支化聚乳酸-网络复合增韧增强聚乳酸复合材料及其应用研究

聚乳酸被认为是21世纪最具有应用潜力的生物降解高分子材料，其最大的应用市场在于层状和薄膜制品。但聚乳酸硬而脆、熔体强度低、加工窗口窄的不足，严重阻碍了聚乳酸的应用和发展。开发可完全生物降解、高强度、高韧性、高透明、高聚乳酸含量的聚乳酸复合材料是当前所面临的重大技术难题之一。拟采用添加超支化聚乳酸和有机交联剂或改性纳米粒子复合的方法，通过化学反应或氢键作用形成网络结构，提高聚乳酸的熔体强度，同时增强增韧聚乳酸，开发具有优良加工性能、综合机械性能、高聚乳酸含量的聚乳酸复合材料。同时，使用剪切设备模拟聚乳酸熔融加工过程，采用同步辐射技术、流变测试技术、热力学分析技术和显微镜技术，在微观-介观-宏观尺度不同层面上，揭示聚乳酸多组分复合材料在熔融加工过程中的结构转变和流变行为，揭示其增强、增韧机理，建立组分-工艺-结构-性能之间的关系，为开发聚乳酸优良吹塑树脂及加工工艺优化提供支持。

聚乳酸是一种源于生物质资源的可生物降解高分子材料，其良好的加工和制品性能，高性价比等优势使其成为部分石油基塑料的替代品。然而，聚乳酸结晶和结构特点不明确与柔韧性的问题是聚乳酸材料加工和应用中的关键技术问题，也是目前聚乳酸应用与发展面临的挑战。我们针对聚乳酸的结构特点和以上关键问题，采用化学改性、物理共混和加工外场调控的综合方法，通过制备不同支化结构、不同分子结构的聚乳酸及共聚物、支化大分子改性剂，结合物理共混技术和结构控制，提高聚乳酸的熔体强度和柔韧性，改善聚乳酸的吹塑成型加工，保证聚乳酸制品具有强度和韧性的平衡，并探索聚乳酸的结晶机理和结构特征。.本项目的开展所取得的成果如下：.（１）.支化聚乳酸及共聚物的合成与改性聚乳酸研究.通过蓖麻油或多元醇，利用一步法或两步法合成了不同支化结构、不同支链长度可控的聚乳酸和聚乳酸－蓖麻油共聚物。研究发现，支化聚乳酸及其共聚物可以加速聚乳酸的结晶，提高材料的强度。同时，聚乳酸－蓖麻油共聚物可以显著提高聚乳酸树脂的熔体强度和柔韧性。研究表明，这类共聚物是一种成本低廉且有效的聚乳酸吹塑加工和增韧改性组分。.　　　利用蓖麻油和小分子增塑剂合成了一系列不同分子结构的大分子改性剂，通过添加增容剂组成三元或多元体系，可以大幅提高聚乳酸的柔韧性，使聚乳酸薄膜制品满足柔韧性的要求。同时，大分子改性剂有效克服了迁移析出和不稳定的问题。.（２）.加工场对聚乳酸结晶和结构的作用机理研究.通过同步辐射技术跟踪了聚乳酸在剪切场作用下的结晶和结构转变，发现，聚乳酸分子链在剪切作用下，分子链在不同方向上表现出不同的取向结构，促进了聚乳酸成核和结晶生长。.同时，研究了压力场对聚乳酸结晶和结构的影响，研究发现，压力作用不同于剪切作用，它既可以促进聚乳酸前期的结晶生长，又改变了聚乳酸的结晶生长机理和结晶结构。.（３）.聚乳酸分子链在诱导环境下的结构转变规律研究.研究发现，聚乳酸分子链在诱导环境下可以发生自组装行为，向有序结构转变，得到一种不同于传统的环带球晶的有序结构，研究给出了结构转变机理，为聚乳酸制品，特别是薄膜制品的应用，提供了数据支持。.（４）.聚乳酸复合增韧增强复合材料.结合超支化聚乳酸、聚乳酸共聚物、聚乳酸立构结晶、其他可生物降解韧性聚合物和大分子改性剂，组合得到具有良好吹塑成型加工性能、强度和韧性俱佳的复合材料，满足了聚乳酸薄膜的加工和应用要求。