如今石油资源短缺、温室效应与白色污染等一系列问题越来越严重,可再生资源与可降解高分子材料成为研究热点之一。聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种由二氧化碳(CO2)与环氧丙烷(PO)共聚而成新型高分子材料,其合成过程中不仅有效地利用了温室气体CO2,减少了对石油资源的消耗,而且PPC自身还具有生物相容性、气体阻隔性等许多优良性能,应用前景广阔。然而PPC是由大量的酯基和少量的醚键组成,其分子链柔性较好,分子间作用力较弱,而且其为非晶材料,这些结构因素导致其玻璃化转变温度较低,力学强度不高。另一方面,PPC在受热过程中容易发生解拉链的降解反应,热稳定性比较差。这些缺点严重限制了其规模化应用。因此,PPC的改性成为研究热点之一。本文分别采用纤维素粉(Cellulose Powder(CP))、羊毛粉(Wool Powder(WP))、尼龙6粉、尼龙3粉以及聚苯酚粉体为填料对PPC进行溶液填充改性。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)、拉伸测试和动态热机械分析(DMA)等对所得复合材料的结构和性能进行了表征测试。取得如下研究结果:(1)首先选用CP对PPC进行了填充改性,考察了CP的粒径和用量对所得复合材料性能的影响。研究结果发现,少量的CP在PPC基体中具有较好的分散性,然而当用量大于0.5wt%时,CP出现了团聚现象,CP与PPC基体之间界面粘结较强,二者间没有明显的裂纹存在,FTIR的研究进一步表明,CP与PPC存在氢键作用和可能的化学键作用。CP能有效提高PPC的热性能和力学性能。当CP的含量为1wt%时,改性效果最好,DSC测得的复合材料的玻璃化转变温度(Tg)从28.3℃提高到35.6℃;最大热分解温度(Tmax)可从243℃提高到285℃;拉伸强度可从21MPa提高到35MPa左右、储能模量可由1401MPa提高到2141MPa,且断裂伸长率为172%左右,仍保持一定的韧性。而且,小粒径的CP对PPC具有较好的改性效果。(2)当选用WP为填料时,低含量下,WP在PPC基体中分散性也比较好,当含量大于4wt%时,发生了团聚现象,WP与PPC之间不仅存在氢键作用,而且还可能存在化学键作用。热性能和力学性能的结果表明,WP的引入不仅有效地提高PPC的热性能,而且提高了其力学性能。当WP的含量为2%,改性效果最好,DSC测得的Tg为34.2℃,比纯PPC提高了近6℃;Tmax为275℃,比纯PPC提高了32℃,其拉伸强度、杨氏模量和储能模量分别从纯PPC的21MPa、546MPa、2184MPa提高到了38MPa、1589MPa与3200MPa,断裂伸长率则从785%下降到了130%,仍具有一定的韧性。(3)采用尼龙6粉对PPC进行改性时,尼龙6粉末可在PPC中良好分散,用量为4wt%时发生轻微聚集现象,尼龙6粉与PPC的界面结合较紧密,无明显裂缝;尼龙6粉与PPC之间界面作用较强,存在氢键作用和可能的化学作用。尼龙6的加入使PPC的热性能和力学强度都得到了有效改善。当尼龙6含量为4wt%时,DSC测得Tg从28.3℃提高至37.6℃;复合材料的Tmax从243℃提高至263℃;拉伸强度从20MPa提高到37.3MPa,储能模量从1401MPa提高到2797MPa。然而,尼龙6粉的引入也导致了复合材料韧性的大幅度下降,尼龙6粉含量仅为0.5wt%时,复合材料的断裂伸长率降至71%左右,当尼龙6粉用量为4wt%时,复合材料的断裂伸长率降至47%左右。(4)选用与尼龙6及WP结构类似的尼龙3粉对PPC进行改性时,可以取得相对较好的改性效果,当尼龙3粉的含量为1wt%时,其对PPC的综合改性效果最好,其Tg、Tmax、拉伸强度、储能模量分别为35℃、259℃、37MPa、3182MPa,相比纯PPC分别提高了7℃、15℃、16MPa、1781MPa。但同样的问题,尼龙3粉的引入导致了PPC韧性的下降。SEM表明尼龙3在PPC基体中分散状况非常好,无明显的聚集现象;将复合材料中尼龙3抽提并进行红外测试,测试结果表明,抽提出的尼龙3与纯尼龙3相比红外光谱完全一致,说明尼龙3与PPC之间不存在化学作用。二者之间有氢键作用。(5)聚苯酚粉在PPC的分散较好,同样量少时分散较均匀,当含量为1%时发生较为明显的聚集现象。FTIR分析表明,二者之间存在氢键作用,可能存在化学作用。聚苯酚能够大幅度的提高PPC的玻璃化转变温度与力学强度,在用量仅为0.25wt%时,复合材料玻璃化转变温度即可提高到40.6℃,较纯PPC相比提高了近12℃,而少量的聚苯酚(0.05wt%)即可大幅度提高PPC的拉伸强度,拉伸强度最大可提高到38MPa,提升幅度达80%,但断裂伸长率下降幅度较大,用量为0.5wt%时复合材料的断裂伸长率从785%降至51%。