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聚乳酸(PLA)是一种可再生的降解高分子材料,其生产原料主要来自自然界的农作物(如玉米、马铃薯等),并且在自然界中可以完全降解,降解产物为水和二氧化碳,不会对生态环境造成污染。PLA的力学强度高、生物相容性与透明性好,并且易于成型加工,因此用PLA代替石油基高分子材料可以有效的缓解环境污染与能源危机。PLA材料在农业、生物医学、包装等领域应用十分广泛。但是PLA固有的脆性与较低的耐热形变温度严重的限制了其在相关领域的应用范围。本文针对PLA以上两个方面的缺陷对其进行改性。通过高分子弹性体聚己二酸-丁二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)分别与PLA进行熔融共混,并采用多元环氧扩链剂ADR对其共混体系进行增容,从而达到增韧PLA的目的。然后通过等温结晶来提高PLA基共混材料的结晶度,从而达到增强其耐热性能的目的。两种改性方法并用方可制得高韧性、高耐热性的PLA共混材料,从而拓宽其应用范围。具体研究内容如下:(1)主要研究ADR反应性增容PLA/PBSA共混材料的流变学性能、冲击性能、耐热性能、微观形貌,及等温熔体结晶动力学。扭矩与熔体质量流动速率(MFR)测试结果表明,ADR的加入使得共混物中的PLA、PBSA发生扩链反应,从而使得共混物分子量增大、熔体粘度升高,最后导致共混物中ADR含量增大、扭矩值升高,MFR值减小;经SEM照片显示ADR含量增大,分散相颗粒变小,两相界面变模糊。ADR对共混物的增容细化作用使得两相界面粘结力增强,细化的分散相颗粒容易诱导PLA基体在受到冲击时发生屈服形变,吸收冲击能,而使共混材料的冲击强度增大。但是当ADR含量大于0.3phr时,共混材料的冲击强度开始减小。这是因为分散相PBSA增韧PLA存在最佳平均粒径,即在共混物中ADR含量为0.3phr时,分散相平均粒径为1.40μm,材料冲击强度达到最大值。等温熔体结晶使得PLA基体中形成大量的结晶结构,紧密相连的众多晶粒可以有效分散应力,与PBSA分散相一起产生协同效应诱导PLA基体产生大量塑性形变,从而导致结晶样的冲击强度大于急冷样。等温熔体结晶动力学研究表明,结晶度(Xc)、结晶速率分别与ADR含量、结晶温度(Tc)存在一定的关系。ADR含量增大结晶速率增大、Xc减小;Tc升高,Xc增大。然而结晶速率在105℃出现极大值,这是由结晶速率对结晶两个过程(成核与晶体生长)依赖关系的相互作用决定的。等温熔体结晶使得PLA/PBSA/ADR共混材料的结晶度增大,有效的改善了材料的耐热性能。(2)对PLA/PBAT/ADR共混体系的流变学性能、冲击性能、耐热性能、微观形貌,以及结晶动力学进行了研究。扭矩与熔体质量流动速率(MFR)测试表明ADR对PLA与PBAT的扩链反应,使得共混物熔体粘度升高。这直接导致ADR含量增大,PLA/PBAT/ADR共混物的扭矩值升高,MFR值减小。扩链反应生成的PLA-ADR-PBAT嵌段聚合物对共混体系起到了增容作用,使得两相界面粘结力增强,因此ADR含量越高,共混材料的冲击强度越大。等温熔体结晶与等温冷结晶对结晶两个过程(成核与晶体生长)的不同依赖程度决定了两种等温结晶方法与ADR含量及结晶温度(Tc)之间的关系。在等温熔体结晶过程中,低温有利于成核,高温有利于晶体生长。这两者共同决定了结晶速率,但是这两者对结晶速率的影响却截然相反,这必然会使结晶速率在某一温度出现极大值,经结晶动力学研究105℃时,PLA/PBAT/ADR共混体系的结晶速率最快。温度升高有助于晶体生长,所以温度升高共混材料的结晶度增大。ADR加入所引发的扩链反应使共混物熔体粘度增大,有利于聚合物链段就近排列成核,因此ADR含量增大结晶速率加快。然而高的熔体粘度不利于聚合物链段运动重排进行结晶,因此ADR含量增大结晶度减小。等温冷结晶在降温过程中会生成大量晶核,因此其结晶速率主要由晶体生长速率决定,所以温度升高结晶速率增大,而ADR含量的增大结晶速率减小,这显然与等温熔体结晶的规律截然不同。等温冷结晶的结晶度随结晶温度和ADR含量的变化规律与等温熔体结晶相似。在105℃下分别对PLA/PBAT/ADR样品进行等温熔体结晶处理和等温冷结晶处理,得到相应的高结晶度样品。结晶样品中的大量晶体能够有效分散应力,与分散相一起产生协同效应诱导PLA基体产生大量塑性形变,冲击强度增大,因此结晶样冲击性能优于急冷样。通过POM照片可以看到等温熔体结晶有利于形成尺寸较大、发育更为完善的结晶结构,能够更有效地分散冲击应力,这也是等温熔体结晶样的冲击强度略大于等温冷结晶样的原因。通过等温结晶处理,PLA/PBAT/ADR共混材料的结晶度大幅度提升,维卡软化点温度显著升高。此外,等温熔体结晶样品的维卡软化点温度略高于等温冷结晶样品。