作为一种生物基可降解材料,聚乳酸(PLA)具有优异的力学强度,生物可降解性和良好的加工性能。然而,其极其易燃,极限氧指数(LOI)只有19%。同时,其脆性较大且延展性差,断裂伸长率低于10%。这两个致命缺点极大限制了其在工业领域中的广泛应用。尽管目前学术界在解决PLA易燃且性脆的问题方面已经取得令人鼓舞的进展,但是所研发的阻燃剂或增韧剂通常为不可降解的化合物,故影响了 PLA的生物降解性能。另外,这些阻燃剂或增韧剂会不同程度降低PLA的力学强度。因此,研发高性能聚乳酸用生物基的阻燃剂和增韧剂仍然是一大挑战。针对该挑战,本论文采用价廉物丰的木质素作为基体,通过自由基聚合接枝改性方法合成了高性能木质素基阻燃剂和木质素基增韧剂,然后研究其对PLA的阻燃和增韧作用。首先,本论文将3-异丙基-二甲基苄基异氰酸酯(TMI)和季戊四醇磷酸酯(PEPA)按一定比例反应合成中间体(P/T),然后以NaCl-H2O2为引发体系,通过自由基接枝法将中间体(P/T)接枝到木质素上,同时调控木质素/中间体两者的摩尔比(1:1,1:2,1:4,1:8),合成4种木质素基阻燃剂(TP-g-lignin)。将TP-g-lignin与PLA熔融共混制备阻燃PLA复合材料。研究结果表明,当木质素/中间体为1:2,添加量为10%时,木质素/中间体的摩尔比为1:4和1:8的两种阻燃剂添加量大于5%时,所制备的复合材料均可以通过垂直燃烧的V-0级。特别是,当木质素/中间体为1:4时,添加5%TP-g-lignin即可使PLA通过V-0级,同时使复合材料的拉伸强度维持在59MPa左右。其次,本论文以NaCl-H2O2为引发体系,通过自由基共聚将甲基丙烯酸月桂酯(LMA)和甲基丙烯酸四氢糠基酯(THFMA)两种生物及丙烯酸酯单体接枝到木质素上,合成3种含不同THFMA/LMA质量比的木质素基增韧剂(Mlignin)。然后,将Mlignin通过与PLA熔融共混制备PLA/Mlignin复合材料。研究结果表明,当添加20%的Mlignin(THFMA/LMA=15:5)时,PLA的断裂伸长率从PLA的10左右提高到220%,同时破裂韧性达到了 54.6 MJ/m3,相比纯PLA为4.4 MJ/m3改善了 14倍。这是因为木质素的接枝改性极大改善了其与PLA的界面相容性,以及所接枝柔性丙烯酸酯链段的增韧作用。本论文以工业木质素为原料,采用自由基聚合接枝的方法,成功合成了高性能木质素基阻燃剂和木质素基增韧剂。所研制木质素基阻燃剂和增韧剂再聚乳酸中表现出优异的阻燃性能和增韧作用。本研究为合成可生物降解的木质素基阻燃剂和木质素基增韧剂提供了技术支撑、为木质素的高效综合利用提供一种新途径,为研发高性能聚乳酸复合材料提供一种新思路。