【摘 要】
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聚乳酸（PLA）因其优异的生物降解性、生物相容性和生物来源性而受到广泛关注,但固有的脆性严重削弱了其与传统合成塑料的竞争优势,阻碍了PLA在工业领域中的大规模应用,因此迫切需要对PLA进行增韧改性。传统的增韧方式是在剪切流场作用下通过加入弹性体来实现的,但弹性体的加入不可避免导致强度的急剧劣化以及透明度的降低。目前鲜有加工方法能够同步实现聚乳酸增韧、增强并且保持PLA原有的高透明度。本文采用以体积
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聚乳酸（PLA）因其优异的生物降解性、生物相容性和生物来源性而受到广泛关注,但固有的脆性严重削弱了其与传统合成塑料的竞争优势,阻碍了PLA在工业领域中的大规模应用,因此迫切需要对PLA进行增韧改性。传统的增韧方式是在剪切流场作用下通过加入弹性体来实现的,但弹性体的加入不可避免导致强度的急剧劣化以及透明度的降低。目前鲜有加工方法能够同步实现聚乳酸增韧、增强并且保持PLA原有的高透明度。本文采用以体积拉伸流变作用为主导的偏心转子挤出机制备了自增韧增强的高性能PLA,并揭示了体积拉伸流变塑化输运过程对PLA增韧增强的作用机理,为制备高性能PLA提供了一种新的加工方法,对促进PLA的广泛应用具有重要的科学与实践意义。通过控制转子转速调控加工过程中体积拉伸流变作用的强弱,探究了流场强度对PLLA结构与性能的影响。研究结果发现:强的体积拉伸流变作用能快速诱导PLLA分子链高度取向,进而抑制凝聚缠结的形成,并且在沿取向方向拉伸的过程中可以抑制裂纹的产生和扩展,进而实现了PLLA的自增韧;当转子转速为60 rpm时,体积拉伸流变作用下制备的PLLA样品沿挤出方向的断裂伸长率达到141.2%,相比剪切流变下的样品提升了23倍。通过调节挤出牵引速率控制加工过程中挤出牵引作用的强弱,探究了挤出牵引强度对PLLA结构与性能的影响。研究结果发现:强的挤出牵引作用下PLLA能够形成大量的取向中间相结构,其可以作为缠结点在PLLA内部形成大分子缠结网络,使得PLLA在受到沿取向方向的拉伸作用时能承载和传递更多的载荷,进而实现自增强;当挤出牵引速率为1.0 m/min时,样品的拉伸强度和拉伸模量为82.7 MPa和1668 MPa,与未受熔体拉伸作用的样品相比,分别提高了31.7%和18.0%,并且断裂伸长率由34.2%提升至115.8%。改变PDLA含量制备了不同共混比例的PLLA/PDLA复合材料,研究了体积拉伸流变作用下PDLA含量对PLA结构与性能的影响。研究结果表明:由于PDLA和PLLA相界面处L-乳酸链段与D-乳酸链段发生强相互作用而形成的立体复合晶,可以有效地提高PLA熔体的粘度以及体积拉伸流变的强度,进而诱导PLA分子链发生显著取向,实现PLA的自增韧与自增强;当PDLA含量为25wt%时,样品的强度达到71.5MPa的同时断裂伸长率为165.1%。综上所述,本文通过调控体积拉伸流变作用的强弱与挤出牵引作用的强弱系统地研究了PLA在体积拉伸流变塑化输运过程中的自增韧增强机理,为制备兼具强、韧与高透明度的高性能PLA探索了一条绿色环保且经济高效的加工方法与技术路线。
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