【摘 要】
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在能源与环境问题日益严峻的当下,聚乳酸（PLA）凭借其良好的生物相容性和降解性,得到了广泛的应用。但是韧性差、结晶速率慢及熔体强度低等缺点严重制约了PLA进一步的工业化发展。因此近年来,聚乳酸的改性研究得到了广泛的关注。然而绝大部分研究只能提升聚乳酸某一方面的性能,或者以损失一部分优点为代价而无法使各方面得到均衡的改善。本研究主要采取熔融共混法,将可生物降解的呋喃基聚酯PBF引入PLA中使复合材料
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在能源与环境问题日益严峻的当下,聚乳酸（PLA）凭借其良好的生物相容性和降解性,得到了广泛的应用。但是韧性差、结晶速率慢及熔体强度低等缺点严重制约了PLA进一步的工业化发展。因此近年来,聚乳酸的改性研究得到了广泛的关注。然而绝大部分研究只能提升聚乳酸某一方面的性能,或者以损失一部分优点为代价而无法使各方面得到均衡的改善。本研究主要采取熔融共混法,将可生物降解的呋喃基聚酯PBF引入PLA中使复合材料达到刚韧平衡的效果,通过加入相容剂提升体系的力学性能和熔体强度。为了拓宽PLA在抗菌食品包装方面的应用,在体系中引入了纳米氧化锌（Zn O）制备了复合薄膜,该复合薄膜不仅拥有出色的力学性能,结晶度高,同时具备良好的抗菌效果和优异的气体阻隔性能,对西兰花具有较好的保鲜效果,有望成为一种低成本、制备简单、性能好的可生物降解食品包装材料。主要工作总结如下:（1）PLA/PBF复合材料的制备及性能研究。采用熔融共混法制备PLA/PBF复合材料,得到复合物PBF5、PBF10、PBF20和PBF30。将PBF与PLA共混,在显著提高PLA拉伸韧性和结晶度的同时,复合材料的拉伸强度下降较少,使得材料刚性和韧性达到平衡。其中PBF20的力学性能最好,拉伸强度为71.8MPa,断裂伸长率为121.1%,杨氏模量为1385.9 MPa,力学性能明显优于PLA和PBF。复合材料的断面形貌呈现出典型的“海岛结构”,导致体系的冲击韧性提升有限。此外,与PLA相比复合体系的结晶度有较大增长,但是熔体强度没有得到提升。（2）PLA/PBF/POE-g-GMA复合材料的制备及性能研究。引入相容剂POE-g-GMA（甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体）改善PLA/PBF体系的相分离行为。通过动态硫化过程制备PLA/PBF/POE-g-GMA复合材料,在密炼过程中加入少量DCP（交联剂）引发体系低交联,适度交联在提升了体系力学性能的同时并没有影响其加工性能。相比于PLA/PBF复合材料,PLA/PBF/POE-g-GMA复合材料的相分离行为有了极大的改善,因此拉伸韧性和冲击韧性均有明显的提升。PBF20/GPOE（GPOE为POE-g-GMA的缩写）的力学性能最好,拉伸强度为71.2 MPa,断裂伸长率为261.0%,冲击强度为9.0 k J/m~2。同时动态硫化过程中产生的交联结构使得体系的耐热性和热稳定性提升,热变形温度和热分解温度分别提高了约60℃和40℃。复合材料的复数粘度和储能模量高了两个数量级,熔体强度得到了极大的改善。（3）PLA/PBF/POE-g-GMA/Zn O复合材料的制备及性能研究。首先使用硅烷偶联剂HDTMS改善纳米氧化锌（Zn O）的团聚现象和亲水性,提高其在聚合物中的分散性。之后通过母料法将改性后的纳米氧化锌加入体系中,制备了PLA/PBF/POE-g-GMA/Zn O复合材料。与PLA/PBF、PLA/PBF/POE-g-GMA复合材料相比,加入氧化锌后复合材料的力学性能略微下降,但与PLA相比依然有较大的提升。同时复合材料的结晶度随着纳米粒子的含量增大而增大,在低频区的熔体强度相比PLA显著增强。（4）PLA/PBF/POE-g-GMA/Zn O复合材料在食品包装上的应用。将制备的PLA/PBF/POE-g-GMA/Zn O复合材料用真空压膜机压成厚度为70微米左右的复合薄膜。改性纳米氧化锌的加入,不仅使复合薄膜结晶度和气体阻隔性能明显提升,同时也赋予其良好的抗菌性。在改性纳米氧化锌添加量为1.5 wt%时,复合薄膜对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抗菌率分别达到了99.2%,100%和99.9%。同时纳米氧化锌还赋予复合薄膜优异的抗紫外屏蔽效果,氧化锌添加量为2 wt%时,复合薄膜对紫外线的屏蔽基本达到100%。PLA/PBF/POE-g-GMA/Zn O复合薄膜在包装鲜切西兰花样品时有很好的保鲜效果,感官品质评价更好,质量损失率更低,相对电导率和叶绿素含量变化更小。
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