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聚(丁二酸丁二醇酯)(PBS)、聚(丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯)共聚物(PBSA)、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)共聚物(PBAT)和聚乳酸(PLA)都是常见的生物降解聚酯。这些生物降解聚酯由于具有生物可降解性而备受关注,按硬度可将其分为PBS等软质生物降解聚酯和PLA等硬质生物降解聚酯。PBS等软质生物降解聚酯因为强度和韧性等力学性能次于聚丙烯和对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等传统塑料,因而其应用受到限制。PLA等硬质聚酯强度高,但是韧性差。PLA可以通过与软质生物降解聚酯复合进行增韧改性,但共混物的强度会明显下降,因此常常需要加入填料进行增强。纤维素纳米晶(CNC)是一种纯生物质的棒状纳米颗粒,具有高结晶度、高强度、高模量和来源广泛等特点,用于增强生物降解聚酯有很大潜力。然而,CNC在聚酯基体中容易发生团聚,导致复合材料性能变差。这种团聚现象是由于CNC自身的强氢键作用和CNC与基体间的极性差异造成的。针对CNC的表面强极性和易团聚的改性工作已有大量报道。然而,有关改善CNC在生物质聚酯中分散性的研究涉及改性过程复杂或改性后CNC与基体间界面作用力偏弱,难以有效提高复合材料的实用价值。而且,关于CNC增强PLA共混物方面的工作很少报道。本论文通过反应性共混、表面乙酰化修饰和原位聚合法等方式对CNC表面进行了化学改性并制备了一系列具有良好CNC分散性和力学性能的CNC/生物降解聚酯复合材料。最后,研究了原位聚合产物PBS接枝CNC(PBS-g-CNC)对降低PLA/PBS共混物中分散相粒径,提高复合材料结晶度、强度和韧性的影响。以邻苯二甲酸酐(PA)为增容剂,通过熔融共混制备了CNC均匀分散、力学性能改善的PBS/PA/CNC和PBSA/PA/CNC复合材料。PBS/PA/CNC(100/1/3)的分离产物的分析结果表明,PA与CNC在共混过程中发生了酯化反应,形成了PA改性CNC产物,进而改善了CNC的分散。PBS/CNC(100/3)的结晶度和力学强度(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度)均随PA含量的增加先升高后降低,当PA含量为1 phr时达到最大值。而挤压延展后处理能够提高PBS/PA/CNC复合材料的结晶度,当延展倍率为8时,PBS/PA/CNC(100/2/3)的拉伸强度从33.4 MPa提高至136 MPa。加入PA后,PBSA/CNC的亲水性下降,60~66°C内的结晶速率、熔点、杨氏模量和拉伸强度明显提高。这种亲水性下降的改善可望降低PBS或PBAT制品的降解速率,而力学和热性能的改善则使得材料的实用性提高。用醋酸纤维素纳米晶(ACNC)填充PBS和PBAT聚酯,解决了CNC在聚酯中的分散性差和复合材料中CNC与基体间界面作用力弱的难题,制备了力学性能改善的复合材料。用乙酸酐对CNC进行表面改性制备了醋酸纤维素纳米晶(ACNC)。醋酸纤维素纳米晶保持了CNC原有的纳米尺寸和晶体结构,但表面亲水性明显减弱。用乙酰基含量为0.28%的ACNC分别填充PBS、PBAT两种软质生物降解聚酯,制备了不同ACNC含量的复合材料。乙酰化改性后,CNC在PBAT中的分散性更为均匀。PBAT/ACNC的动态力学性能测试、流变性能测试结果及其在氯仿/水混合溶剂中的分散表明,CNC经过乙酸酐改性后与PBAT、PBS基体间的界面作用力均得到增强。此外,PBAT/ACNC和PBS/ACNC复合材料的力学性能、高温稳定性也相应得到改善。通过原位聚合法制备了PBS接枝CNC(PBS-g-CNC),并与PBS进行二次复合制备了拉伸强度显著提高的PBS/PBS-g-CNC复合材料,具有很强的实用性。以CNC、丁二酸和丁二醇为合成单体进行酯化-缩聚原位聚合反应,制备的PBS-g-CNC产物中PBS组分的含量为85.9 wt%,而PBS-g-CNC中PBS组分的数均分子量为2.37×10~4 g/mol。PBS-g-CNC的结晶度随着CNC含量的增加而增大。因为PBS组分的分子量低,而且PBS-g-CNC的力学性能偏差,所以将PBS-g-CNC和PBS通过熔融共混和低压高温缩聚(原位聚合)两种方式进行二次复合。原位聚合产物中PBS-g-CNC与PBS相容性良好,其储能模量、损耗模量、拉伸强度和热稳定性均高于熔融共混产物。原位聚合法制备PBS-g-CNC的研究具有开创性,其中制备工艺和产物的结构分析对同类工作有着理论参考价值。基于过氧化二异丙苯(DCP)对PLA/PBS增容作用的分析,用PBS-g-CNC填充PLA/PBS/DCP共混体系,解决了DCP增容后PLA/PBS强度下降的问题,制备了PBS-g-CNC和DCP协同增容、增强的PLA/PBS复合材料。复合材料中PBS分散相的平均粒径随DCP或PBS-g-CNC的加入均有降低,且两种组分一同加入时表现出协同效应,说明DCP和PBS-g-CNC对PLA/PBS增容效果明显。CNC在PLA/PBS复合材料中与PLA、PBS两相均有良好的相容性。DCP单独加入时能够促进PLA和PBS的相容性,但同时降低共混物的刚性和强度。PBS-g-CNC的加入能够有效提高复合材料的动态储能模量、损耗因子和力学强度。PLA/PBS/DCP/PBS-g-CNC(70/30/0.2/2.0)复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为43.3、69.1 MPa,冲击强度为726 J/m,远高于PLA/PBS共混物的32.7、61.8 MPa,52 J/m。PBS-g-CNC对DCP增容后的PLA/PBS(70/30)共混体系增强效果明显,这对于制备优异性能的PLA复合材料,拓宽其应用领域具有重要意义。研究了PBS-g-CNC和商业化羧酸盐成核剂对PLA/PBS(70/30)共混物结晶行为和力学性能的影响。共混物中PLA相的晶体形态以三维球晶为主,而结晶的成核方式随两种成核剂的加入由均相成核转变为异相成核。两种成核剂都有效降低了共混物中PLA相的晶粒尺寸,增大了PLA相中的晶核数目,提高了PLA/PBS共混物的等温结晶速率、非等温结晶温度(T_c)和PLA与PBS两相各自的结晶度。这种结晶度的增强导致了PLA/PBS拉伸强度和弯曲强度的提高。与羧酸盐相比,PBS-g-CNC提高共混物中PLA非等温结晶温度(T_c)值的能力较强,但成核作用和促进共混物等温结晶速率的能力较弱。通过同时提高PLA/PBS共混物中两相结晶度来改善共混物力学性能的探索,为结晶类聚酯混合物的增强研究提供了理论基础。力学性能改善的PLA/PBS共混物实用性增强。