生物可降解聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混物及薄膜的制备与性能研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanyansinx
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高分子材料具有质轻、耐腐蚀、加工容易和价格低等优点,目前其制品已经渗透到人们生活的各个方面。但它在给人们带来极大方便的同时也产生了很多问题,如“白色污染”和能源危机等。为了解决这些问题,开发利用生物可降解高分子材料代替不可降解的高分子材料是有效的方法之一。聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)具有柔韧性好,可完全生物降解,热稳定和生物相容性好等诸多优点,是最有潜力能代替传统高分子的环境友好型材料之一。然而,PBAT的气体阻隔性能差、结晶度小、强度低和模量低等缺点,使其应用受到了很大限制。针对PBAT自身的这些缺点,分别选用聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚左旋乳酸(PLLA)两种硬而脆的聚合物与PBAT进行共混,以实现聚合物优点的互补,并加入聚右旋乳酸(PDLA)和接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚乙烯辛烯共聚物(GPOE),研究了PDLA与GPOE对PBAT共混物性能的影响,此外还选用阻隔性能较好的二氧化碳基热塑性聚氨酯弹性体(PPCU)与PBAT进行共混,以改善聚合物的力学,流变性能,结晶性能和阻隔性能等,从而获得综合性能优异的PBAT复合材料。本论文的主要内容和结论如下:(1)采用熔融共混法制备了不同含量PVAc的PBAT/PVAc共混物并研究了其相容性、相形态、热性能、流变性能和力学性能。PBAT/PVAc共混物是不相容体系,具有两个各自的玻璃化转变温度(Tg),分散相PVAc以小球状均匀的分散在PBAT基体中。PVAc可以起到异相成核的作用,提高PBAT的结晶能力,使结晶度(Xc)和结晶温度(Tc)都增加。随PVAc含量的增加,在低频区PBAT/PVAc共混体系的储能模量(G′)和复合黏度(η*)增加,但损耗因子(tanδ)下降。η*的增加有利于吹膜加工。G′越大和tanδ越小,共混体系熔体弹性越好,黏度耗散现象减少,其发泡性能越好。PVAc的加入有利于吹膜和发泡工艺。PVAc含量的增加提高了共混物的杨氏模量和屈服强度,当PVAc含量为30wt%时,PBAT的杨氏模量从203MPa提高到416MPa,提高了104.9%,屈服强度从7.5MPa提高到11.5MPa,提高了53.3%。PVAc有效地提高了PBAT的力学性能,这有利于PBAT在薄膜和泡沫中的应用。(2)选用PLLA与PBAT进行熔融共混,并在共混中加入了PDLA,研究了不同PDLA含量对PLLA/PBAT共混体系的形态演变、结晶行为和结晶动力学、结晶形态、流变行为和力学性能的影响。PDLA的加入使PLLA/PBAT共混物在熔融共混过程中原位生成了聚乳酸立构络合结晶,且其含量随PDLA含量的增加而增加。PDLA的加入增加了PLLA/PBAT共混物熔体在低频区的G′、损耗模量(G″)和η*,降低了tanδ,说明共混物的弹性性能增加了。PDLA含量的增加使共混体系中PBAT分散相的粒子尺寸增大且分布变宽。形成的聚乳酸立构络合结晶可以作为非均相成核剂,增加了共混物中PLLA的Xc,但PDLA含量过多又会形成聚乳酸立构络合结晶网络结构抑制分子链的运动使Xc降低。PDLA的加入大大缩短了共混物中PLLA的结晶时间,但不影响PLLA和PBAT的相容性。在力学性能上PLLA与PBAT共混可以实现性能上的互补,PLLA/PBAT二元混合物的断裂伸长率为238%,比纯PLLA的断裂伸长率高出60多倍,而模量和屈服强度分别保持在1025和43.2MPa。此外PDLA含量的增加使共混物断裂伸长率下降而模量增加,但共混物仍然具有较好的韧性。(3)选用GPOE作为PLLA与PBAT共混物的增容剂,通过熔融共混法制备了PLLA/PBAT/GPOE共混物并吹制成薄膜,研究了共混物及薄膜的流变性能、熔体强度、热性能、结晶性能、相容性、相结构、力学性能、热稳定性和水蒸汽渗透性。GPOE的加入提高了共混物在低频区的G′、G″和η*,也增大了熔体强度,这有利于吹塑过程中膜泡的稳定。GPOE的加入促进了PLLA分子链的运动,提高其结晶能力,加快结晶速度,使Xc增加。GPOE的加入使共混物中分子链间产生的接枝点可以作为PLLA结晶的非均相成核剂,导致球晶尺寸变小和数量变多。GPOE改善了PLLA和PBAT的相容性,使二者的Tg靠近,相界面变得模糊。GPOE的加入使共混物的杨氏模量降低,断裂伸长率增大,薄膜撕裂强度增加。此外,GPOE的加入能有效地改善共混薄膜的水蒸汽阻隔性能。(4)选用PPCU与PBAT进行共混,并添加少量含有环氧基团的扩链剂(ADR),用熔融共混的方法制备了PBAT/PPCU/ADR共混物并吹塑成薄膜,研究了共混物及膜的流变性、热性能、力学性能、阻隔性能、水蒸汽渗透性、润湿性、光学性能以及生物降解性。ADR既能和PBAT发生反应,也能和PPCU发生反应,可以在共混体系起到增容的作用。随着PPCU含量的增加,PBAT/PPCU/ADR共混物在低频区的G′与η*都提高。随着PPCU含量的增加,PBAT和PPCU的Tg逐渐靠近,二者具有良好的相容性。PPCU的加入使PBAT晶体变得更加不完善,降低了PBAT的熔点,减慢了PBAT的结晶,使PBAT结晶度降低。共混物薄膜的断裂伸长率与拉伸强度随PPCU含量的增加先增大后减小,PPCU含量为30份时达到最大值分别为968%(横向)/1665%(纵向)和66.6(MPa)(横向)/46.4(MPa)(纵向),随着PPCU含量的增加,杨氏模量逐渐降低,薄膜更柔软。PPCU的加入改善薄膜的对水蒸汽和二氧化碳气体的阻隔性能。另外,共混物薄膜具有优良的光学性能,可以在土壤中进行生物降解。
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