聚乳酸(PLLA)是一种可完全生物降解的生物基高分子,来源于可再生植物资源,符合循环经济理念和可持续发展战略的要求。并且拥有优异的力学强度和可加工性,在开发的众多绿色高分子材料中,是最具潜力的环境友好型材料之一。然而PLLA却存在最为突出的两个缺点:结晶速率慢和冲击韧性低。无定形态的PLLA制品,通常耐水解性和耐热性很差;受到外力时又易发生脆性断裂,这无疑限制了其在工程材料领域的应用。因此,本论文基于结晶和增韧改性,一方面设计合成了一种新型有机成核剂N,N′-双苯基脲基己二胺(NA6),并研究了其对PLLA结晶形态及结晶速率的影响;另一方面,采用一种原位反应性共混的方法,制备了可生物降解的超韧PLLA基复合材料。通过仪器化冲击仪及相形态结构分析探索了其能量耗散机理。还研究了PCL分子量、弹性体交联度和基体结晶状态对PLLA韧性的影响,期望实现制备超韧耐热增强的PLLA基复合材料。主要研究结果如下:(1)随着NA6成核剂含量的增加,PLLA的结晶温度由93.8℃提高到118.6℃,结晶度由12.0%提高到65.5%;130℃时的等温结晶速率提高到0.56min-1,是纯PLLA的14.5倍,半结晶时间从25.8 min缩短至1.8 min。此外,NA6成核剂可显著减小PLLA的球晶尺寸。这表明NA6成核剂使PLLA结晶成核位垒降低,结晶能力增强,起到了显著的成核作用。(2)通过在PLLA基体中原位反应形成交联结构的聚氨酯弹性体(CPU)增韧PLLA,获得一种高韧性、高强度的PLLA基复合材料。20 wt%PCL(分子量2000g/mol)制备的PLLA/CPU20共混物的缺口冲击强度最高达到55.0 k J/m2,断裂伸长率增大到139.4%。然而线性结构的PLLA/LPU试样的韧性(38.2 k J/m2)远远低于交联结构的试样。因此,交联结构聚氨酯的形成对共混材料韧性的增加起到重要作用。DMA表明界面反应使两相的相容性有所改善。流变性能测试表明当PCL为20 wt%左右时,CPU分散相含量达到一个临界渝渗阀值,在PLLA基体中形成相互贯通的双连续网络结构。结合仪器化冲击仪和相形态结构分析表明相界面粘附强度增大,能有效地提高共混材料抵抗裂纹扩展的能力。材料的界面粘附强度提高到一定程度时,有利于相互贯通的准双连续结构的形成,诱发基体产生剪切屈服形变来耗散更多的冲击能量。(3)PCL的分子量对PLLA/CPU20共混物冲击韧性有显著的影响。PCL分子量为1000 g/mol时冲击强度最大为62.4 k J/m2,随着PCL分子量的增大而逐渐下降。然而当PCL分子量太低时也不利于增韧。低分子量所形成聚氨酯的硬段含量较高,变得过于“僵硬”,不利于应力的传递和释放,导致材料脆性断裂。(4)弹性体的交联度对PLLA/CPU20共混物的结构与性能也有显著的影响。随着交联度的增加,共混试样的冲击强度先增大后减小,交联度在1~10%时,均具有较高的冲击强度(60 k J/m2左右)。然而当交联度超过10%时,冲击强度显著下降。结合仪器化冲击仪和SEM分析表明交联度较高时,虽然相容性较好,但是原位反应形成的聚氨酯中硬段含量较高,变得过于“僵硬”,阻止裂纹扩展和引发多重银纹的能力下降,难于发挥橡胶的增韧效能,导致材料脆性断裂。(5)提高PLLA基体的结晶状态,共混物拉伸强度明显改善,但是断裂伸长率降低。成核剂含量大于0.4 wt%时,高结晶态PLLA的韧性有所改善。结晶态的共混物耐热性明显改善,在60~120℃范围内具有较高的储能模量(均在100 MPa以上)。弹性体诱发基体发生剪切屈服形变的比例随着基体结晶度的提高而增大,使共混物表现出比退火前(低结晶态)更加优异的韧性。