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本论文借助双螺杆,使用反应型植物油增容增塑剂如环氧大豆油(ESO),蓖麻油(CO),桐油酸酐(TOA),环氧腰果酚壳油(Epicard)等功能化柔性植物油对聚乳酸/淀粉复合材料进行了研究,并通过反应富集在淀粉的表面构建柔性疏水界面层制备了满足应用要求的全生物基可降解聚乳酸/淀粉复合材料。同时,对功能化植物油如何改善亲水淀粉刚性粒子在疏水聚乳酸基体中界面相容性以及通过疏水柔性植物油界面增韧改性聚乳酸/淀粉复合材料机理进行详细研究和分析。此外,为了进一步探讨结晶颗粒淀粉如果以塑化形式存在聚乳酸基体中是否会明显增加聚乳酸/淀粉复合材料的机械性能,本论文还制备出一种自塑化再生淀粉,以此研究热塑性淀粉在聚乳酸中的分散状态和复合聚乳酸的机械性能。 本论文主要包括以下四个内容: (1)功能化植物油对聚乳酸/淀粉复合材料的增韧改性。通过反应挤出,功能化植物油能够与淀粉进行化学反应并富集到淀粉的表面形成一层疏水植物油柔性界面层。通过这层疏水植物油柔性界面层,功能化植物油在改善淀粉与聚乳酸界面相容性的同时,也明显增强了聚乳酸/淀粉复合材料的延展性,实现了淀粉对聚乳酸的增韧填充。结果在本论文中,通过ESO,CO,和TOA的使用,聚乳酸/淀粉复合材料断裂伸长率分别从~3%增加到~63%,~68%和~20%;非缺口冲击强度分别从~10 KJ/m2增加达到~31 KJ/m2,~41 KJ/m2,~19 KJ/m2。 (2)功能性植物油与刚性粒子紧密结合对聚乳酸进行增韧的机理和稳定性研究。熔融共混工程中,当用小尺寸刚性纳米二氧化硅代替大尺寸刚性淀粉颗粒时,环氧大豆油能够化学键接到纳米二氧化硅的表面,使原本亲水的纳米二氧化硅呈现出疏水的性质,导致了纳米二氧化硅选择性的分布在环氧大豆油分散相中形成一种纳米二氧化硅&环氧大豆油结合体。通过电镜分析发现,在拉伸或者冲击过程中,纳米二氧化硅&环氧大豆油结合体能够自身破裂诱导聚乳酸基体在拉伸或者冲击方向上产生空腔或者空洞,从而促使拉伸或者冲击过程中的大部分能量被拉伸空腔或者冲击空洞逐渐吸收和扩散掉,导致聚乳酸韧性的增加。此外,这种纳米二氧化硅&环氧大豆油结合体在聚乳酸基体中的存在也能够稳定的对PLA进行增韧。对于5个月后的PLA/nano-silica/ESO(80/5/15)三元纳米复合材料,其断裂伸长率和缺口冲击强度几乎不变,证实了纳米二氧化硅&环氧大豆油结合体对聚乳酸的反应增韧稳定性。 (3)功能化植物油对淀粉与聚乳酸之间界面相容性作用机制。通过Epicard功能化植物油的合成,在熔融共混过程中,聚乳酸与淀粉之间界面相容性的提高很大程度上是植物油在淀粉表面反应富集增加淀粉疏水性所致。同时,随着聚乳酸与淀粉界面相容性的提高,在5 wt.% Epicard作用下,聚乳酸/淀粉(70/30)复合材料的机械性能也得到显著提高,尤其是其拉伸强度从~33 MPa增加到~46 MPa。此外,通过两步法,当用疏水的生物基功能化环氧树脂首先对淀粉进行反应接枝,然后制备聚乳酸/疏水改性淀粉复合材料,发现疏水改性淀粉与聚乳酸复合材料具有良好的界面相容性和机械性能。结果进一步证实了淀粉疏水改性对其与聚乳酸之间界面相容性和机械性能的改善重要性。 (4)自塑化再生淀粉/聚乳酸复合材料的研究。通过二甲亚砜(DMSO)再生法,成功制备了马来酸酐接枝改性淀粉(Re-MA-g-starch)和腰果酚环氧树脂改性淀粉(Re-Epicard-g-starch)两种自塑化再生淀粉。熔融共混工程中,这两种自塑化淀粉在聚乳酸基体中呈现了不同的分散性,即亲水的Re-MA-g-starch在疏水的聚乳酸基体中展现了明显的淀粉相,而疏水性的Re-Epicard-g-starch在聚乳酸基体中具有较好的分散性和较小的淀粉分散相。结果表明,类似于聚乳酸/淀粉复合材料,自塑化再生淀粉本身的亲疏水差异性同样影响着它与聚乳酸基体之间的界面相容性。进一步,通过机械性能分析,亲水自塑化再生淀粉/聚乳酸(30/70)复合材料的拉伸强度,非缺口冲击强度和弯曲强度分别为~35 MPa,~9 KJ/m2和~73MPa均明显低于疏水自塑化再生淀粉/聚乳酸(30/70)共混复合材料的~18 MPa,~4KJ/m2和~48MPa,但相对于淀粉/聚乳酸复合材料的~35MPa,~10 KJ/m2和~71MPa改变不大。