高韧、高阻隔、高热变形温度聚乳酸纳米复合材料的研究

采用橡胶粒子与天然粘土的复合粉末对聚乳酸进行改性是解决其性脆、阻隔性差、热变形温度低的有效途径。本项目从橡胶乳液和粘土浆液出发，研究乳胶粒子种类、粒径、粘土浓度以及粘土/乳液比对复合粉末微观结构的影响。制备聚乳酸/橡胶粒子/粘土三元纳米复合材料，探讨复合粉末、聚乳酸分子量、熔融共混加工工艺对纳米复合材料的微观形态结构和性能的影响，建立制备原理-微观结构-宏观性能间的构效关系，结合微观结构数学模型，实现对聚合物多相微观结构的调控。在理论上阐明新型聚合物/有机/无机三元纳米复合材料的制备原理和基础理论，获得制备过程中有机和无机纳米粒子的微观结构形成机理和控制方法。将为制备高韧、高阻隔、高热变形温度的聚乳酸提供新方法，为在食品、饮料包装等领域中的应用提供必需的技术基础。研究成果将具有重要的理论意义和应用价值。

聚乳酸(PLA)是一种已经商业化的生物降解塑料，被认为是最有前途、最具竞争力的生物降解塑料。但是，由于PLA存在性脆、弹性差、热变形温度低、气体阻隔性能差等缺点，限制其大规模的应用。. 本项目采用超细全硫化粉末橡胶、PBAT、PHB通过熔融共混改性PLA，系统研究了相容剂对PLA共混物结构和性能的影响。结果表明，相容剂能够改善两相界面间相互作用力，细化分散相尺寸，提高PLA共混物的韧性。进一步探讨相容剂在共混物中的作用机理和原理，研究表明，二噁唑啉与邻苯二甲酸酐复合相容剂比单一相容剂对PLA/PBAT具有更好的增容效果，这是由于复合相容剂可以增加PLA和PBAT大分子间的反应几率，更利于促进PLA/PBAT两相间的相界面相互作用，进一步提高材料的韧性和强度。对于PLA/PHB体系，加入DCP易产生凝胶，引起部分交联，使材料的性能得以提高。本研究将为PLA高性能化构建一条简单易行的途径。. 研究PLA/PBAT共混物的生物降解机理，结果表明，共混物降解分三个阶段：1.水分由表面向材料内部扩散的过程，产生略微降解；2. 聚合物本体快速水解导致材料破碎；3.低分子PLA继续水解产生可溶性乳酸低聚物。多官能相容剂能够延缓PLA/PBAT的降解速率，DCP却加速共混物的降解，该结果为PLA共混物可控降解提供理论基础。. 将支化D-PLA与L-PLA进行复合制备高热变形温度的复合立构聚乳酸(sc-PLA)，研究表明，D-PLA与L-PLA的分子量越接近及支化聚合物中支链越多，越容易形成sc-PLA，且sc-PLA的熔体稳定性越好。将sc-PLA加入到PLA中，结果表明，sc-PLA可以明显促进PLA的结晶速度，是一种高效成核剂。该研究为高热变形温度PLA的制备提供了一个重要的方法。. 以咖啡酸和10-羟基癸酸为单体，进行熔融缩聚制备生物可降解聚酯，结果表明，咖啡酸和10-羟基癸酸单体比影响着聚酯的力学性能、光学活性、生物可降解性能，由此探讨了生物可降解聚酯结构和性能的调控原理。纳米羟基磷灰石的复合有利于改善聚酯的力学性能，减缓其降解速率。另外，制备了具有良好生物相容性和生物降解性能的氨基酸弹性体，研究表明，随着弹性体中氨基酸含量的增加，亲水性增加、生物降解速率增加。由于该弹性体的氨基侧链容易官能化，这使得氨基酸弹性体在生物医用领域具有广泛的应用前景。.