聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种环境友好型的可生物降解脂肪族聚酯,其具有良好的生物降解性、熔融加工性和耐热性等优异性能。但与常用的工程塑料相比PBS的生产成本高,机械强度差,因此如何通过低成本的方法改善它的力、热学性能,拓展其在各种应用中的潜力是目前的研究重点之一。采用与层状硅酸盐形成复合材料来提高PBS材料的性能,共混复合材料的相容性是决定材料性能和应用的关键因素。目前,解决相容性问题的常规方法是将层状硅酸盐先进行改性再与聚酯共混以此来增大材料间的相容性,但此方法对研究PBS还是较为有限,且复合材料分子间的相互作用较为复杂,对材料宏观性能的影响关系尚不完全清楚。本研究从通过改变高分子材料内部结构的角度出发,对PBS的分子主链结构进行改性,在分子主链中先引入改性层状硅酸盐的改性剂,如蒙脱土常用的阳离子表面活性剂季铵盐和非离子改性剂,制备出具有不同结构极性的PBS基共聚物,然后再与层状硅酸盐共混制备出复合材料。结合热分析和动态力学分析研究复合材料间的相互作用及结构对性能的影响。在此过程中,对PBS改性的同时可使其具有一定的功能性,从而使其应用范围得以扩宽。主要内容和结论如下:(1)将水杨酸(SA)通过熔融共聚法引入PBS主链中,将季铵盐(GTA)在加热回流的条件下接到PBS主链的端基上,制备了 PBSA共聚物,高结晶度的PBSGTA共聚物和低结晶度的PBSnGTA共聚物等三种PBS基共聚物。结果发现,添加少量的SA改性PBS后,PBSA共聚物具有较好的力学性能和热稳定性;添加SA后,PBSA共聚物均呈现球晶形貌,SA中苯环的引入改变了 PBS规整的螺旋链结构,共聚物的熔点未变,结晶度降低;因含有SA的链段自由结合能较低,更易断裂从而可提高PBS共聚物的生物降解性;含有SA的共聚物具有诱导植物生长的能力,可促进绿色植物的生长。经GTA改性后,不同结晶度的PBS和PBSn的初始热分解温度分别提高了 30℃和28℃,共聚物具有良好的热稳定性且与共聚物的结晶度无关;随着GTA含量的增加,高结晶度PBSGTA共聚物的结晶度升高,而低结晶度PBSnGTA共聚物的结晶度降低,共聚物的结晶度受原材料结晶度的影响;PBSGTA共聚物均呈现球晶形貌,球晶尺寸逐渐增大,共聚物的晶型未变,而PBSnGTA共聚物球晶尺寸逐渐减小,导致成核密度较高;当GTA的添加量为5%时,PBSGTA和PBSnGTA共聚物都具有最佳的力学性能;两种共聚物对大肠杆菌都具有一定的抗菌性能,且抗菌性与其结晶度无关。(2)将改性后的PBS基共聚物分别与蒙脱土(MMT)、有机蒙脱土(OMMT)和高岭土(Kaolin)三种层状硅酸盐熔融共混制备了 PBS基共聚物与层状硅酸盐的复合材料:PBSGTA-MMT、PBSGTA-OMMT、PBSGTA-K、PBSnGTA-MMT、PBSnGTA-OMMT、PBSA-OMMT 和 PBSA-K。添加 MMT后,MMT粒子能够均匀地分散在共聚物基体中,在PBSGTA基体中呈分散的剥离态粒状结构,在PBSnGTA基体的非晶相中以包覆状态存在;MMT的添加使PBSGTA的热稳定性比纯PBS提高了 25.5℃,但使PBSnGTA的热稳定性提高的较少,说明结晶度的影响对复合材料热稳定性的影响较大,结晶度低的PBSnGTA是以非晶相为主的部分与MMT共混,其相互作用力弱,相容性较差。添加OMMT后,OMMT在PBSGTA基体中以部分插层状态存在,相容性较好,在PBSnGTA基体中形成相容性差的片状结构;OMMT的添加使PBSGTA的玻璃化转变温Tg增大,但对熔Tm和结晶温Tc影响较小,初始热分解温度最高达到322℃;当分别添加3 wt%MMT和OMMT时,复合材料都具有相对较好的力学性能,添加Kaolin后复合材料的力学性能变差;层状硅酸盐与PBSGTA基体之间的相容性顺序为OMMT>MMT>Kaolin,与PBSnGTA基体之间的相容性顺序为MMT>OMMT;添加OMMT可以改善PBSA复合材料的韧性,但其强度随之减小;Kaolin在PBSA基体中分布时存在一定程度的团聚,OMMT和Kaolin与PBSA基体相容性较差,不利于材料广泛地成型加工使用。(3)采用弹式热量计测定了 PBSGTA和PBSA共聚物在298.15 K时的燃烧热,通过计算分别得出两种共聚物的标准摩尔生成焓分别为ΔfHmΘ=-1.51×106±380.23 kJ·mol-1和 ΔfHmΘ=-1.3×106±1211.14 kJ·mol-1;两种共聚物的比热容在293～346 K范围内与温度呈线性关系。测定了 PBSGTA样品热分解过程中的动力学参数,得到了不同方法和机理方程下样品热分解的表观活化能、指前因子等参数,此方法可以作为PBS改性过程中判断共聚产物热稳定性的一种辅助依据。PBSGTA聚合物在热分解阶段的动力学方程为:(?)(4)利用动态力学分析对共聚物及其与层状硅酸盐复合材料的模量、应力松弛和蠕变的动态力学性能进行了分析。结果发现,GTA中的阳离子基团与共聚物基体之间强烈的相互作用力共同增强了复合材料的回弹性,使共聚物的储能模量E’升高,特别经GTA改性后,PBSGTA储能模量E’的改变量是PBSnGTA的三倍;GTA的加入使PBSGTA共聚物分子链热运动能力降低的程度比PBSnGTA共聚物的大,导致PBSGTA共聚物的玻璃化转变温度Tg减小;在10℃和-50℃的温度下PBS基共聚物应力松弛的改变量,PBSnGTA共聚物的约为1%,而PBSGTA共聚物的约为30%,说明共聚物的结晶相是影响材料应力松弛的主要因素;温度对高结晶度PBSGTA共聚物蠕变量的影响较小,但对低结晶度PBSnGTA共聚物蠕变量的影响较大。(5)将PBS基共聚物与层状硅酸盐共混,MMT含量大于3 wt%时会消弱与PBSGTA基体之间的相互作用力,使复合材料分子链段的运动能力相对增大,Tg向高温区转移;MMT的添加,同时增大了复合材料的回弹性和粘性,使储能模量E’和损耗模量E"增大,从而使材料的损耗因子tanδ基本不变。OMMT对PBSGTA复合材料动态力学性能的影响较大,对PBSnGTA复合材料的粘性没有影响;PBSnGTA损耗模量E"基本未变,但由于OMMT的添加增大了复合材料的回弹性,从而使其损耗因子tanδ的数值降低;Kaolin使复合材料的粘性增大,损耗模量E"增大较快;应力松弛和蠕变表明:当OMMT的添加量为3 wt%时,复合材料应力松弛的改变量最小,且与温度无关,在此比例下复合材料的加工使用性能较好。(6)通过流变仪对GTA改性PBS和PBSn两种共聚物及其与OMMT复合材料在液态下的力学行为进行了分析。结果表明PBSGTA共聚物比PBSnGTA共聚物的线性黏弹性范围更宽,共聚物材料都表现出牛顿流体的力学行为,但当温度为200℃时,PBS及其PBSGTA共聚物材料呈现出非牛顿流体的力学行为;添加OMMT后,复合材料的力学性能受复合材料结晶度的影响,高结晶度PBSGTA共聚物的储能模量G’升高,而低结晶度PBSnGTA共聚物的储能模量G’降低,复合材料结晶度的不同使得OMMT与共聚物材料分子内的基团,如GTA中阳离子基团,PBS中未被改性的-OH和-COOH之间相互作用的程度不同,储能模量G’的变化相反。