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PLA/PBAT共混体系的制备与性能

发布日期:2019-11-23 9:34:08 访问次数:29

随着电子商务的快速发展,网购和外卖已经成为当代许多年轻人的生活方式之一。由于很多商品和食品需要包装,塑料包装材料和快递袋消耗速度每年保持20%以上的增长速度。由于塑料包装袋和快递袋的质量轻、回收价值不大,用户使用后一般直接丢弃,现已成为白色污染的重要来源之一。

随着人类对环境保护要求的日益提高,采用生物可降解材料取代现有包装材料和快递袋材料逐渐得到社会各界的重视。生物可降解材料在微生物、水分和太阳光等作用下分解为水、二氧化碳和其它低分子组分,对环境污染较小[1]。典型的生物降解高分子材料有聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)和聚羟基脂肪酸脂类(PHAs)等[2]。其中,PLA是以淀粉为原料的热塑性脂肪族聚酯,具有可完全生物降解性[3],在一次性餐具、农用薄膜、包装制品、过滤材料、医疗卫生和服装面料等领域得到应用[4–8]。但是,PLA存在容易吸水、熔体强度较低、柔韧性不理想和价格较贵等缺点,其应用受到很大限制[9],将PLA与其它组分进行共混改性,在不破坏其降解性的前提下可提高材料的韧性、降低产品成本,是拓展其应用范围的重要手段[1]。

用于PLA增韧改性的材料有低分子增塑剂、增容剂和柔性高分子材料,上述材料在改善PLA的柔韧性方面具有一定效果[1]。PBAT是己二酸、对苯二甲酸和丁二醇的共聚物,其柔韧性较好[10],将其与PLA共混有望提高PLA的韧性。但由于PLA和PBAT的相容性较差[11],PLA/PBAT共混体系的力学性能并不理想。筛选合适的增容剂来降低PLA与PBAT两相界面张力,提高界面粘接力,才能制备综合性能优异的改性材料。然而,反应性增容剂价格一般高于PLA,用其改性PLA的性价比不够理想。采用柠檬酸三丁酯、聚乙二醇、聚四亚甲基醚醇、聚甲基丙烯酸甲酯和异山梨醇二正己酸酯等增塑剂,在增塑和增韧的同时可降低成本,在提高最终制品的性价比方面具有一定优势[12–15]。然而,上述增塑剂与PLA相容性不理想,存在容易析出、长时间存放变脆等问题。

多官能团增塑增容剂HM–530A是一种含有2~3个环氧基团的聚酯增塑增容剂,在熔融共混过程中能与PLA,PBAT的羟基发生化学反应并形成PLA-g-PBAT嵌段共聚物,从而降低两相界面张力,达到增容的效果。广州医科大学等系统研究了HM–530A对PLA/PBAT共混体系拉伸性能、撕裂性能、加工性能、微观相态结构和热性能的影响规律,筛选最佳的配方,为制备性能优异的PLA/PBAT共混体系提供理论指导。

主要原材料

PLA:4032D,工业级,美国Nature Work公司;

多官能团增塑增容剂:HM–530A,工业级,分子量为6 000~8 000,广州海珥玛植物油脂有限公司;

PBAT:TH801,新疆蓝山屯河化工股份有限公司。

配方设计

改变HM–530A用量,研究其对PLA/PBAT共混体系性能的影响,实验配方设计列于表1。

样品制备

将PLA在80℃真空干燥箱中干燥24 h以上,按照表1所示的配方进行称量配料。然后采用转矩流变仪进行熔融共混,温度180℃、转速50 r/min,熔融共混时间5~8 min。

称取30 g样料,采用热压成型机制备0.2 mm厚薄片样品,采用如下工艺进行压片:温度180℃、预热时间5 min、热压时间1 min、冷却时间3 min。试样制备后在自然条件下放置24 h,利用冲片机冲裁拉伸样品和撕裂样品。

制备材料性能汇总

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

(2) HM–530A可改善PLA/PBAT共混体系的的断裂伸长率和撕裂强度。当HM–530A用量为9%时,共混体系的拉伸强度为31.7 MPa、断裂伸长率为254%、撕裂强度为22.2 N/cm,获得了良好的增塑增容效果。

(3)随着HM–530A用量的增加,共混体系的结晶温度逐步升高,结晶热焓增大,对PLA和PBAT产生了增容效果。

(4)用SEM观察脆冷断面发现,当HM–530A用量达到9%以上时,断面分散相的尺寸和数量减少,断面褶皱和粗糙度明显增加,呈现韧性断裂特征,说明HM–530A对PLA/PBAT共混体系产生了良好的增容增塑效应,共混物的韧性得以改善。


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