聚乳酸基热塑性弹性体的制备及其结构形成与演变机制研究

Stimulated by the demands for improving the mechanical properties of Poly (lactic acid) and the unsolved issues on the structural evolution in the preparation process of thermoplastic elastomers, this project will be focused on the preparation method for Poly (lactic acid) based dynamic vulcanizates. By modulating the molecular architecture characters of PLA, types of rubber component, compatibilizers and curing system or sampling conditions, we will optimize the method to prepare PLA based thermplastic elastomers with excellent properties. Then the samples prepared will be characterized by chemical image analysis for local area by micro-FTIR and micro-RAMAN techniques. Meanwhile, real-time measurement will be performed on the dynamic vulcanization process by portable Raman Spectroscopy and near FTIR. Base on this project, it is expected that an online methods for monitoring the micro-structure evolution of the thermoplastic elastomers will be eastablished. At last, the deformation mechanisms of thus obtained PLA based vulcanizates will be studied on different size scales (from micrometer, nanometer to molecular level) and different spaces (real space and reciprocal space) by combination rheo-optical FTIR, synchrotron X-ray scattering, AFM and TEM , which will provide some new insights for us to understand the structure-properties relationship of polymer materials.

针对聚乳酸改性的需求及热塑性弹性体制备技术中关于结构形成及形态演变方.面还存在的诸多末阐明的问题,本项目拟制备聚乳酸基热塑性弹性体，通过改变所用聚乳酸的分子链结构参数、所用橡胶组份、界面相容剂及硫化体系的种类及工艺参数的调控，探索出制备具有优异性能聚乳酸基动态硫化热塑性弹性体的方法。在此基础上拟结合多种表征手段，特别是拟采用显微红外及显微拉曼技术对所得到的多组分进行化学成像分析或进行局部微区分析。同时，我们尝试用便携式拉曼仪和近红外仪对熔融共混的动态硫化过程进行原位实时检测，建立原位研究微结构演变的在线检测平台。最后，拟综合流变光学偏振红外、同步辐射X 射线衍射、AFM 和TEM 对所制动态硫化热塑性弹性的变形过程从不同空间（实空间和倒易空间）和不同尺度（微米、纳米及分子水平）上进行原位研究，从而全面诠释其结构与性能间关系，为设计制造具有特定性能的聚合物材料提供理论指导

针对聚乳酸(PLA)改性的需求及热塑性弹性体制备技术中关于结构形成及形态演变方面还存在的诸多末阐明的问题，在本项目的支持下，我们开展了以下四个方面的工作：1）根据热塑性硫化胶（TPV）的实际应用领域，以聚乳酸为塑料相，分别以丁腈橡胶（NBR）、共混型聚氨酯（PU）、硅橡胶（MVQ）为橡胶相制备了具有优异物理机械性能的TPV，所制TPV的断裂伸长率达到300%，强度均在10Mpa以上，具有可重复加工特性和部分生物降解性，而以MVQ为橡胶的TPV还同时具有生物相容性。2）由于大多数聚合物之间都具有热力学上的不相容性，提高橡胶相与塑料相之间的相容性是制备TPV材料的关键，针对以上有三种体系的特点，分别以过氧化二异丙苯( DCP)、 ４,４’－二苯基甲烷二异氰酸酯（ＭＤＩ）、3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和功能化的氧化石墨烯为增容剂，提高各体系中两相间的相容性，调界面相互作用和相态结构，探讨了不同体系的增容机理，并考察了橡胶相组份的种类、界面相容剂、硫化体系的种类及工艺参数对所制TPV相态结构的影响。3）在此基础上结合多种表征手段，对熔融共混的动态硫化过程进行了检测，建立了研究动态硫化过程中微结构演变的方法，探明了动态硫化过程中材料结构演变的路线，揭示了在复杂外场作用下多相聚集态结构的形成机制、演变规律及其影响TPV最终结构和性能的内在规律，建立了动态硫化技术制备TPV的结构调控方法。4）综合运用流变光学偏振红外光谱、PEAK FORCE-AFM、TEM和SEM 对所制动态硫化热塑性弹性的变形过程从不同空间（实空间和倒易空间）和不同尺度（微米、纳米及分子水平）上进行了研究，探讨了决定拉伸韧性和冲击韧性的因素，全面诠释了其结构与性能间关系。本项目所开展的工作及所取得的研究成果为设计制造具有特定性能的聚合物材料提供理论指导，对深入理解TPV材料结构与性之间的关系也具有重要意义。