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        PLA/PBAT共混體系的制備與性能

        發布日期:2019/11/23 9:34:08 訪問次數:1310

        隨著電子商務的快速發展,網購和外賣已經成為當代許多年輕人的生活方式之一。由于很多商品和食品需要包裝,塑料包裝材料和快遞袋消耗速度每年保持20%以上的增長速度。由于塑料包裝袋和快遞袋的質量輕、回收價值不大,用戶使用后一般直接丟棄,現已成為白色污染的重要來源之一。

        隨著人類對環境保護要求的日益提高,采用生物可降解材料取代現有包裝材料和快遞袋材料逐漸得到社會各界的重視。生物可降解材料在微生物、水分和太陽光等作用下分解為水、二氧化碳和其它低分子組分,對環境污染較小[1]。典型的生物降解高分子材料有聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚對苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)和聚羥基脂肪酸脂類(PHAs)等[2]。其中,PLA是以淀粉為原料的熱塑性脂肪族聚酯,具有可完全生物降解性[3],在一次性餐具、農用薄膜、包裝制品、過濾材料、醫療衛生和服裝面料等領域得到應用[4–8]。但是,PLA存在容易吸水、熔體強度較低、柔韌性不理想和價格較貴等缺點,其應用受到很大限制[9],將PLA與其它組分進行共混改性,在不破壞其降解性的前提下可提高材料的韌性、降低產品成本,是拓展其應用范圍的重要手段[1]。

        用于PLA增韌改性的材料有低分子增塑劑、增容劑和柔性高分子材料,上述材料在改善PLA的柔韌性方面具有一定效果[1]。PBAT是己二酸、對苯二甲酸和丁二醇的共聚物,其柔韌性較好[10],將其與PLA共混有望提高PLA的韌性。但由于PLA和PBAT的相容性較差[11],PLA/PBAT共混體系的力學性能并不理想。篩選合適的增容劑來降低PLA與PBAT兩相界面張力,提高界面粘接力,才能制備綜合性能優異的改性材料。然而,反應性增容劑價格一般高于PLA,用其改性PLA的性價比不夠理想。采用檸檬酸三丁酯、聚乙二醇、聚四亞甲基醚醇、聚甲基丙烯酸甲酯和異山梨醇二正己酸酯等增塑劑,在增塑和增韌的同時可降低成本,在提高最終制品的性價比方面具有一定優勢[12–15]。然而,上述增塑劑與PLA相容性不理想,存在容易析出、長時間存放變脆等問題。

        多官能團增塑增容劑HM–530A是一種含有2~3個環氧基團的聚酯增塑增容劑,在熔融共混過程中能與PLA,PBAT的羥基發生化學反應并形成PLA-g-PBAT嵌段共聚物,從而降低兩相界面張力,達到增容的效果。廣州醫科大學等系統研究了HM–530A對PLA/PBAT共混體系拉伸性能、撕裂性能、加工性能、微觀相態結構和熱性能的影響規律,篩選最佳的配方,為制備性能優異的PLA/PBAT共混體系提供理論指導。

        主要原材料

        PLA:4032D,工業級,美國Nature Work公司;

        多官能團增塑增容劑:HM–530A,工業級,分子量為6?000~8?000,廣州海珥瑪植物油脂有限公司;

        PBAT:TH801,新疆藍山屯河化工股份有限公司。

        配方設計

        改變HM–530A用量,研究其對PLA/PBAT共混體系性能的影響,實驗配方設計列于表1。

        樣品制備

        將PLA在80℃真空干燥箱中干燥24?h以上,按照表1所示的配方進行稱量配料。然后采用轉矩流變儀進行熔融共混,溫度180℃、轉速50?r/min,熔融共混時間5~8?min。

        稱取30?g樣料,采用熱壓成型機制備0.2?mm厚薄片樣品,采用如下工藝進行壓片:溫度180℃、預熱時間5?min、熱壓時間1?min、冷卻時間3?min。試樣制備后在自然條件下放置24?h,利用沖片機沖裁拉伸樣品和撕裂樣品。

        制備材料性能匯總

        (1) HM–530A的加入可降低PLA/PBAT共混體系的平衡扭矩,提高MFR,改善加工性能。

        (2) HM–530A可改善PLA/PBAT共混體系的的斷裂伸長率和撕裂強度。當HM–530A用量為9%時,共混體系的拉伸強度為31.7?MPa、斷裂伸長率為254%、撕裂強度為22.2?N/cm,獲得了良好的增塑增容效果。

        (3)隨著HM–530A用量的增加,共混體系的結晶溫度逐步升高,結晶熱焓增大,對PLA和PBAT產生了增容效果。

        (4)用SEM觀察脆冷斷面發現,當HM–530A用量達到9%以上時,斷面分散相的尺寸和數量減少,斷面褶皺和粗糙度明顯增加,呈現韌性斷裂特征,說明HM–530A對PLA/PBAT共混體系產生了良好的增容增塑效應,共混物的韌性得以改善。


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