随着现代化步伐的加快,社会生活正往便利化和卫生化的方向发展。一次性薄膜包装材料应运而生,给生活带来巨大便利,但是由此也导致了大量的“白色污染”,对我国环境和经济造成了严重的危害。因此,需要大力发展生物可降解的薄膜材料。来源于生物质原料的聚乳酸(PLA)是一种热塑性脂肪族聚酯。其具有良好的生物可降解性、较高的物理性能、机械性能以及良好的透氧性和透二氧化碳性,同时也具有隔离气味和抗菌的特性,所以是一种优异的环保型包装材料。但是PLA材料严重的脆性极大地限制其在薄膜包装领域的应用。本文针对PLA的脆性问题,结合高分子材料具有多级形态结构的特点,利用结构与性能之间的关系,系统地探究了PLA的分子链结构、凝聚态结构和PLA基共混物相结构对其薄膜制品力学性能的影响,并且开发出一种新型的PLA薄膜挤出吹塑成型技术,由此制备了高韧性、高强度的纯PLA薄膜。本论文获得的主要结果如下:(1)调整牵伸比和吹胀比改变薄膜内PLA分子链的取向、利用乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)提高PLA分子链的运动能力、利用环氧类扩链剂(ADR)增加PLA的相对分子质量、利用过氧化二异丙苯(DCP)改变PLA分子链的形态,从而探究PLA链结构对其薄膜制品力学性能的影响。结果表明:仅仅通过调整牵伸比和吹胀比改变PLA薄膜分子链的取向并不能提高该薄膜的拉伸韧性。ATBC可以破坏PLA分子链间的物理缠结点(包括凝聚缠结和拓扑缠结)从而提高链段的运动能力。链段运动能力的增加降低了 PLA的屈服应力,有助于提高薄膜制品的拉伸韧性。但是只有当ATBC的质量分数达到一定数值(大于或接近15.00 wt%)时,这种增塑效果才可以被明显地观察到。同时ATBC的加入会降低薄膜的拉伸强度和撕裂强度。ADR能够增加PLA的相对分子质量,提高分子链间物理缠结点的密度。DCP可以改变PLA的分子链结构,使之由线型结构转变为网状结构。引入适当数量的物理/化学缠结点即能提高PLA的断裂应力。DCP还会导致PLA降解,低分子质量的PLA能够起到增塑剂的作用,降低屈服应力。当断裂应力大于屈服应力时,薄膜发生脆韧转变。同时薄膜的拉伸强度和撕裂强度也有所增加,但是增幅有限。(2)提出一套改进的PLA薄膜吹塑成型工艺。通过调节PLA薄膜的凝聚态结构,制备高韧性高强度的纯PLA薄膜。工艺流程如下:首先在特定的温度(90、110或120℃)下等温结晶,然后在155℃(PLA晶体熔点附近)进行吹塑成型。研究发现:无定形态的PLA原料经过等温结晶处理之后转变为半结晶态。当吹塑成型温度低于PLA晶体的完全熔融温度时,该晶体并不会被完全破坏,仍以残留微晶的形式存在于PLA熔体中。凝聚缠结增加了 PLA的屈服应力,是其发生脆性断裂的主要原因。残留微晶在膜泡成型阶段可以作为PLA薄膜凝聚态结构的调节体,诱导薄膜形成中介相。中介相的产生抑制了凝聚缠结的形成,降低了 PLA的屈服应力,从而制备了高韧性的纯PLA薄膜(横纵方向的断裂伸长率最高分别可达113.87%和126.76%)。同时,适量的微晶有助于应力传递,增加了 PLA薄膜取向的硬化能力。因此,薄膜的拉伸强度也得到增强(横纵方向的拉伸强度最高可达:45.42 MPa和78.01 MPa)。因为微晶对裂纹传递造成阻碍,所以PLA薄膜的抗撕裂性能也得到改善。等温结晶温度越低,则PLA晶体的尺寸越小、数量越多,所形成中介相对凝聚缠结的抑制强度也越大,因此薄膜的拉伸韧性越高。(3)利用乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物(EAGM)与PLA熔融共混以改善PLA的脆性,进而探究PLA/EAGM共混物及共混物薄膜相结构和性能之间的关系。研究发现:当EAGM的质量分数为15.00 wt%时,分散相在共混物中呈均匀的海岛结构,尺寸约为1.13 um,此时PLA/EAGM共混物的拉伸韧性达到最大值(断裂伸长率可达134.00%)。增韧机理为空洞化和剪切屈服理论。吹塑成型之后,PLA基薄膜内部形成了层状结构(层内结构以EAGM相为主体),薄膜横纵方向的拉伸韧性差异明显,断裂伸长率最高分别可达19.80%和242.20%。尽管EAGM相可以增加PLA薄膜的韧性,但是由于EAGM自身的强度较低,因此该共混物薄膜制品的拉伸强度降低。薄膜的拉伸韧性和拉伸强度共同决定了该材料的撕裂强度。10.00 wt%的EAGM能最大程度地提高PLA薄膜的抗撕裂性能,其横纵方向的撕裂强度分别为197.80 KN/m和137.70 KN/m。