绿色离子液体与PLLA相互作用及对其结构演化与性能的影响

聚左旋乳酸(PLLA)是应用前景良好的生物降解型高分子材料，但其韧性差且加工性能不好的缺点限制了其广泛应用。根据离子液体可设计性强的特点，本项目拟合成多种结构的无毒或可生物降解的绿色离子液体，并探索将其用于改善PLLA的加工性能并赋予PLLA高性能化的可能性。具体说来，本课题将绿色离子液体与PLLA共混复合，通过研究不同结构离子液体在PLLA中的分散、相容性以及对PLLA熔融过程的影响，考察离子液体对PLLA的凝聚态结构演化过程与性能影响规律，提出离子液体与PLLA之间相互作用的机理以及离子液体对熔融过程中PLLA链段运动产生影响的物理与化学作用机制。进而达到使用离子液体对PLLA熔融加工中的结晶与相结构演化过程的控制。最终实现对PLLA加工性能、耐热性能和力学性能的改善。

聚乳酸(PLLA)是应用前景良好的生物降解型高分子材料，但其韧性差且加工性能不好的缺点限制了其广泛应用。本项目在对离子液体(ILs)毒性评价及[EOEMIm][BF4]和[AOEMIm][BF4]两种离子液体对PLLA结构与性能影响研究的基础上，基于ILs可设计性强的特点，合成了多种含MPEG结构的“绿色”离子液体(G-ILs和TSIL)，并研究了ILs在PLLA基体中的分散相容性，考察了ILs对PLLA熔融加工性能以及PLLA凝聚态结构形成的影响，测试了ILs对PLLA力学性能、流变性能、热稳定性和抗静电性的影响，并进一步研究了ILs对PLLA在模拟生物环境的降解性能及毒性的影响。研究中发现，等温结晶过程中，在受限空间下PLLA的球晶生长速率在后期出现不同程度的增加，但在非受限空间下，整个结晶过程中其仍保持不变；[EOEMIm][BF4]和[AOEMIm][BF4]在添加量到7phr以上时，其和PLLA出现了明显的相分离，当MPEG引入到IL中后可显著增加两者的相容性，TSIL添加量到9phr时仍能和PLLA有很好的相容性，未出现相分离；每种IL的加入都可对PLLA加工起到增塑与润滑作用，提高其加工稳定性，而且这种作用随IL添加量的增加而显著；同时，ILs可提高PLLA的断裂伸长率和冲击强度，并随PLLA中IL含量的增加呈现先增加后降低的规律。其中，当[EOEMIm][BF4]量为5phr时，PLLA的断裂伸长率达到61%；当TSIL量为5phr时，PLLA的冲击强度可达25kJ/m2，但每种IL的加入后PLLA的拉伸强度和热稳定性都有一定的降低；设计合成的IL具有较低的毒性。初步实现了“绿色”离子液体的设计合成及其对PLLA结构演化机理的研究目标，为PLLA高性能化提供了理论基础。