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随着人们对能源与生态环境的日益重视,开发与使用来源可再生且消失不留痕的生物基可生物降解材料的呼声越来越高。其中,聚乳酸(Poly(_L-lactic acid),PLLA)以其优异的加工性能、机械性能、光学性能和生物相容性等特点,倍受工业界以及广大研究人员的关注。目前,工业界开发出的PLLA制品多为非耐用消费品,比如包装、短期医疗用品和服务用品,还不能满足在电器、汽车等领域作为耐用消费品来使用。其中,最大的原因就是PLLA容易发生水解降解。PLLA的水解降解会使它的分子量下降,从而使它的拉伸强度等力学性能降低,严重影响以它为基材的制品的使用寿命。因此,提高PLLA及其制品耐水解性能,对于扩大其在耐用消费品领域的应用,极具意义。然而,对于PLLA的化学改性往往比较困难且成本较高。通过配方设计、微观结构调控等物理手段来制备耐水解的PLLA基复合材料就成为了极具价值的研究课题。本论文的研究对象为左旋聚乳酸(Poly(_L-lactic acid),PLLA),首先把聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate),PMMA)加入到PLLA中。利用PMMA与PLLA相互作用较强且不水解的特性对PLLA的水解行为进行调控。并通过退火处理调控了PLLA/PMMA共混物的结晶结构,比较了共混物中PMMA的含量与PLLA的结晶度对其水解行为的影响。在此基础上,又将PMMA引入PLLA/碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)复合材料中。研究了PMMA含量以及PMMA加入后,复合材料中各组分之间的相互作用对PLLA的结晶行为与水解行为的影响。并阐明了PLLA/CNT与PLLA/PMMA/CNT复合材料的水解机理。最后,通过对碳纳米纤维(Carbon nanofibers,CNFs)进行氧化改性与接枝改性,调控CNFs与PLLA之间的相互作用。研究了改性CNFs与PLLA之间的相互作用对PLLA的结晶行为与水解行为的影响。并阐明了PLLA/CNF复合材料在碱性环境下的水解机理。主要得到如下结论:(1)为了对比PMMA含量和PLLA结晶度对PLLA水解性能的影响。通过熔融共混法制备了PLLA/PMMA共混物,并通过淬火与退火处理获得具有不同结晶结构的样品,然后在碱性条件下研究了PLLA/PMMA共混物的水解行为与微观结构变化。结果表明,PMMA的加入会抑制PLLA的链段运动,从而使它的结晶更为困难。纯PLLA退火处理后结晶度为19.4%,加入了10 wt%PMMA后,共混物中PLLA的结晶度仅有2.4%。PMMA在共混物中呈现两种作用机制:一方面,可以通过稀释PLLA的分子链的浓度来抑制PLLA的水解,另一方面,它又会抑制PLLA的结晶,使PLLA退火后的结晶度下降,从而使PLLA不耐水解。当PMMA含量小于等于5 wt%时,PLLA结晶度的降低对共混物水解的影响占主导,共混物的耐水解性降低;但当PMMA含量大于10 wt%时,PMMA含量对共混物水解的影响占主导,共混物的耐水解性增强。由于水解温度远低于PLLA的玻璃化转变温度,共混物在水解过程中几乎没有发生结构变化。此外,PLLA与PLLA/PMMA共混物在碱性环境下仍然遵循表面侵蚀机理。(2)为了探究PMMA对PLLA/CNT复合材料水解行为的影响。采用熔融共混法制备了PLLA/CNT与PLLA/PMMA/CNT复合材料,研究了PMMA的加入对PLLA/CNT复合材料中CNTs的分散状况、PLLA的结晶行为与水解行为的影响。结果表明,PMMA加入后,CNTs在PLLA中分散得更为均匀。虽然复合材料中都含有1 wt%的能作为PLLA异相成核剂的CNTs,但是PMMA仍然明显地抑制了复合材料中PLLA的冷结晶与等温结晶。PMMA的加入也明显地提高了PLLA/CNT复合材料的耐水解性。通过查阅文献中PLLA、PMMA和CNTs的界面能并计算了它们之间的相互作用,发现PMMA与CNTs之间的相互作用强于PLLA与CNTs之间的相互作用,CNTs更倾向于吸附更多的PMMA分子链。这不仅使CNTs对PLLA等温结晶的异相成核作用下降,而且也使PLLA/CNT复合材料在加入PMMA后,水解不易在CNTs与基体的界面发生。(3)为了探究CNFs与PLLA之间的相互作用对PLLA水解行为的影响,通过氧化改性与接枝改性处理CNFs,并将未处理的碳纳米纤维(raw-Carbon nanofibers,r-CNFs)、氧化改性的碳纳米纤维(functional-Carbon nanofibers,f-CNFs)与接枝聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)的碳纳米纤维(grafted-Carbon nanofibers,g-CNFs)分别引入PLLA基体中,研究了这三种不同的CNFs对PLLA的结晶行为与水解行为的影响。结果表明,通过氧化改性,在f-CNFs表面引入了约12 wt%的含氧官能团,并且,在g-CNFs表面接枝了约39 wt%的PEG。表面含亲水含氧官能团或者PEG的f-CNFs与g-CNFs的亲水性显著增强。表面惰性的r-CNFs与PLLA之间的相互作用最弱,f-CNFs由于只是小分子与PLLA之间的相互作用,远小于g-CNFs与PLLA之间的相互作用。但它们对PLLA的结晶行为和水解行为影响不同,f-CNFs比r-CNFs更能促进PLLA的结晶,但它亲水性的提高使PLLA更不耐水解。而在PLLA/g-CNF复合材料中,g-CNFs的表面通过酯键与大量的PEG相连,使PLLA难以在其表面附生结晶,并且由于PEG与PLLA之间强的相互作用使PLLA更耐水解。