聚乳酸(poly(L-lactic acid),PLLA)是一种半结晶聚合物,具有出色的机械性能、生物相容性和可生物降解性,是符合国家发展需求的新兴绿色塑料。纯PLLA的结晶度较低且结晶速率较小,因此通过加入纳米材料对PLLA改性可以弥补其某些性能上的不足。本论文采用红外光谱和成像(FTIR mapping)、二维相关分析(2DCOS)及扰动相关移动窗二维(PCMW2D)等技术对PLLA及其纳米复合材料的结晶多态性,升温过程中PLLA的结晶行为及复合材料的自然降解行为进行了系统的研究。首先,采用FTIR结合2DCOS和PCMW2D技术分别研究了 PLLA在85℃和145℃下的等温结晶过程中的结晶多态性。在85℃下,PLLA的等温结晶过程可分为四个阶段,在初始阶段(0-30分钟)无定形PLLA向α’结晶态转变,而在成长阶段(30-150分钟)也有一些α’结晶态转变为α结晶态,在最后阶段(150-250分钟),无定形向结晶态的转化基本完成,但仍有中间态和α’结晶态向α结晶态的微弱转变;对于145℃下的等温结晶,非晶态和中间态PLLA在初始阶段(0-30分钟)转变为结晶态,导致PLLA结晶度进一步提高,然后随着结晶的进行发生α-,α’-和中间相的交替变化。其次,使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对蒙脱土(MMT)进行有机改性,采用溶剂浇铸法制备了 PLLA/MMT纳米复合材料,并采用变温红外光谱(Variable temperature FTIR,VT-FTIR)结合差谱技术、PCMW2D以及2DCOS技术对其升温过程中的结晶行为进行了研究。吸光度差值-温度走势图直观地反映了不同MMT加入量对PLLA结晶的影响:少量(1%)MMT可能抑制PLLA的结晶,而加入量超过5%时PLLA的结晶态增多。2DCOS和PCMW2D结果表明,MMT的加入并未改变升温过程中PLLA不同序列状态变化次序,但MMT加入量较少时(≤3%)会延缓PLLA的结晶,加入量较多时(≥5%)时该现象消失,甚至使PLLA的冷结晶提前。最后,采用红外成像对PLLA/MMT复合材料的自然降解行为进行了研究。红外图像的单变量分析和主成分分析(PCA)结果表明,加入MMT后复合材料的降解程度变低,5%PLLA/MMT的降解程度不如3%。进一步使用PCMW2D和2DCOS对PCA结果中的PC1进行处理,发现复合材料的降解包括PLLA分子链的溶胀和再结晶过程,二者相互竞争、交替变化并在不同时期主导整个降解过程。本工作将红外光谱及成像与多元分析技术、二维相关光谱技术结合,有效地对聚乳酸纳米复合材料结晶多态性变化进行了分析,为深入研究PLLA纳米复合材料的自然降解行为提供了新的研究思路,这种联用技术也可推广到对其他聚合物材料的研究中。