【摘 要】
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近年来,随着环境问题的日益严峻,可生物降解材料备受关注。聚乳酸（PLA）因表现出优异的降解性能、机械性能和加工性能而成为众多石油基塑料的替代品之一。然而,低的柔韧性使PLA表现为断裂伸长率低,极大地限制了 PLA的加工和应用。因此,对PLA进行改性优化以改善其柔韧性极为重要。其中,物理共混因具有加工简单、成本低廉、易于推广等优点,成为当前改性PLA的重要方法之一,但对于PLA共混体系结构与性能关系
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近年来,随着环境问题的日益严峻,可生物降解材料备受关注。聚乳酸（PLA）因表现出优异的降解性能、机械性能和加工性能而成为众多石油基塑料的替代品之一。然而,低的柔韧性使PLA表现为断裂伸长率低,极大地限制了 PLA的加工和应用。因此,对PLA进行改性优化以改善其柔韧性极为重要。其中,物理共混因具有加工简单、成本低廉、易于推广等优点,成为当前改性PLA的重要方法之一,但对于PLA共混体系结构与性能关系的研究还不够充分。本文通过物理共混法制备三种类型的PLA共混体系,借助傅里叶红外分析仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）及扫描电子显微镜（SEM）手段研究共混体系的结构及相容性;通过偏光显微镜（POM）、X-射线衍射仪（XRD）及DSC表征并计算共混物的结晶速率、晶体类型以及结晶度;探究共混成分及结晶对PLA共混体系的微观形貌、结晶性能的影响,并建立微观结构与PLA共混体系力学性能和阻隔性能的关系,研究内容及结论如下:（1）聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）与PLA结构相近,其碳酸酯键的主链上比PLA上多一个氧,因而PPC链段更柔,二者共混后可改善PLA的柔韧性。通过溶液共混并热压成型获得PLA/PPC的非晶样品,在80℃和130℃的条件下热处理获得结晶态样品（α’晶型和α晶型）。研究显示,PLA与PPC存在一定的相互作用,但仍表现为相分离结构;PPC不影响PLA晶体类型,但能够加速PLA球晶的生长,降低PLA的结晶度和可移动非晶相的含量;PPC的加入能够提高共混物的断裂伸长率,增加共混物的柔韧性,结晶能够降低共混物的断裂伸长率,130℃获得的α晶型的纯PLA结晶样品断裂伸长率最低;PPC能够降低共混物的水蒸气透过系数,提高复合材料的水蒸气阻隔能力,130℃获得的α晶型含30 wt%PPC的结晶样品具有更低的水蒸气透过系数,水蒸气阻隔能力最好。（2）氯化胆碱（ChCl）是一种带极性基团的有机盐,与PLA共混时通过良好的相互作用增塑,进而提高PLA的柔韧性。通过溶液浇铸方法制备PLA/ChCl复合材料,采用热处理使其发生结晶。研究显示,ChCl中的O-H与PLA中的C=O存在氢键作用,从而降低PLA的Tg和Tcc;ChCl的加入不会改变PLA的晶体结构,但能促进PLA球晶的生长,降低球晶生长速率最快时对应的温度,塑化和稀释的竞争导致ChCl能够使复合材料的结晶度先增大后减小;ChCl吸水后以球形存在因而具有塑化作用,复合材料断裂伸长率显著提高,柔韧性增加,经高湿度环境处理后ChCl吸水后再次增塑,断裂伸长率再次提高,结晶后由于晶体结构的存在,复合材料的断裂伸长率降低;ChCl极强的吸水性致使PLA/ChCl复合材料的水蒸气透过系数增加,水蒸气阻隔性变差,结晶后由于晶体结构的存在,复合材料的水蒸气透过系数降低,水蒸气阻隔性能增加。（3）聚（2-乙基-2-唑啉）（PEOx）是一种长链聚合物,有一定的柔韧性,与PLA共混后可增加PLA的柔韧性。将PLA与PEOx溶液浇铸制备共混物并通过热处理制备结晶样品。研究显示,PLA的-C=O基团和PEOx的N-C=O基团之间存在偶极-偶极相互作用,说明PLA与PEOx具有一定的相容性;PEOx对PLA晶体类型无影响,但是会降低共混物的结晶度及可移动非晶相的含量;PEOx能够增大PLA的断裂伸长率,提高共混物的柔韧性,结晶后的共混物由于晶体结构存在共混物的断裂伸长率降低;由于PEOx的亲水性,共混物样品的水蒸气渗透系数提高,阻隔性降低,而结晶后的共混物由于晶体结构存在能够降低共混物的水蒸气渗透系数,提高水蒸气阻隔性能。
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