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大量合成塑料薄膜制品一次性使用后被丢弃,因难降解而在自然环境中长期积累,造成了严重的“白色污染”,制约了社会的可持续发展。使用生物可降解的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为替代材料是解决塑料薄膜“白色污染”问题的最主要的方法之一,但低水汽、氧气阻隔性和酯基易老化降解制约了 PBAT的广泛应用。为此,针对PBAT气体阻隔性和耐老化性提升所存在的困难与挑战,本课题在对二维纳米片复合聚合物薄膜和多层组合膜的气体阻隔模型研究的基础上,通过单/双向拉伸与/或涂覆等耦合加工手段,构建了具有良好取向二维纳米片的复合薄膜,研究了复合体系中二维纳米片的尺寸、表面性能、取向性及其所处的薄膜位置对气体阻隔性的影响规律,探究了不同加工手段所形成的含不同取向二维纳米片的PBAT聚集态结构的差异,考察了相关复合薄膜的耐老化性能,并定制了具有高气体阻隔性的PBAT复合膜。取得了以下主要结论:(1)制备了有机改性蒙脱土(OMMT)、氧化石墨烯(GO)、部分还原氧化石墨烯(PRGO)、高度还原氧化石墨烯(HRGO)、完全还原氧化石墨烯(TRGO)以及聚多巴胺修饰的完全还原氧化石墨烯(PDA-TRGO)等六种二维纳米片,其中,OMMT、GO、PRGO 和 PDA-TRGO 可与 PBAT 良好复合。(2)以MD2EtOH改性的OMMT可在PBAT中均匀分散,显著提高了 PBAT复合薄膜的水汽和氧气阻隔性;含13 wt%OMMT的吹塑薄膜的水汽透过系数(WVP)和氧气透过系数(OP)值分别为 7.1 × 10-12 g·m·m-2·s-1·Pa-1和2.8×10-15 cm3·cm·cm-2·s-1·Pa-1,比纯PBAT膜的水汽和氧气透过性分别下降了 56.2%和75%。(3)通过调控氧化石墨烯表面含氧官能团的适度还原,实现了石墨烯在PBAT基体中的良好分散,并使薄膜的气体阻隔和耐老化性得到同步提升;仅0.21 vol%的低GO和PRGO用量即可使PBAT具有良好的气体阻隔性,0.35 vol%用量已可降低OP约16.0%;PRGO的阻水汽性更佳,0.21vol%的用量使薄膜WVP下降47.5%。(4)使用双向拉伸技术可实现二维纳米片在复合膜中的高度取向,取向度达0.97,赋予了薄膜比文献报道更好的气体阻隔性;含0.21 vol%PRGO和13 wt%改性蒙脱土的双向拉伸PBAT复合膜的WVP值分别为1.7×10-11和3.2× 10-12 g·m·m-2·s-1·Pa-1,比纯PBAT膜的水汽透过性分别下降了 64.6%和79.5%;含0.35 vol%PRGO 的双向拉伸膜 OP 值为 9.4×10-15cm3·cm·cm-2·s-1·Pa-1,比纯 PBAT 膜的氧气透过性下降87.5%。(5)通过在薄膜表面涂覆具有取向性的纳米涂层,可进一步提高复合膜气体阻隔和耐老化性。在含0.21 vol%PRGO的双向拉伸复合膜表面构建含50wt%GO的纳米涂层,涂覆薄膜WVP与OP值分别降至1.0×10-11 g.m·m-2·Pa-1·s-1与6.2× 10-16 cm3 · cm·cm-2·Pa-1·s-1,比纯PBAT膜的水汽和氧气透过性分别下降80%与 99.2%。