生物塑料(聚3-羥基-co-4-羥基丁酸酯)P3-4HB及聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯(PBAT)對聚乳酸(PLA)性能改進研究.pdf

1、熱塑性高分子聚乳酸(PLA)是一種完全生物可降解塑料,由于它具有很高的拉伸強度和彈性模量,使得PLA受到了人們廣泛的關(guān)注。但是由于PLA脆性過大,結(jié)晶速度太慢導(dǎo)致后期結(jié)晶現(xiàn)象明顯等缺點,使它的發(fā)展和實際應(yīng)用受到了嚴重的阻礙。為了克服這些缺點,改善PLA的結(jié)晶和抗沖擊性能,本論文選擇同為完全生物可降解的聚3-羥基丁酸-co-4-羥基丁酸酯(P3/4HB)和聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)兩種材料對PLA進行共混改性。在PLA/P3/

2、4HB共混材料中,隨著4HB單元的增加,P3/4HB對PLA性能產(chǎn)生了不同的影響:結(jié)晶性的硬塑料(P(3HB-co-5％-4HB)、P(3HB-co-10%-4HB))對PLA綜合性能的改善較弱,過渡態(tài)的P(3HB-co-20%-4HB)材料在5中P3/4HB材料中改性能力最好,當(dāng)P(3HB-co-20%-4HB)的添加量為20wt%時,共混材料綜合性能良好:拉伸強度38.18MPa,彈性模量2.71GPa,斷裂伸長率51.82%,非缺

3、口沖擊強度30.92KJ/m2。富有彈性的橡膠態(tài)(P(3HB-co-27%-4HB)、P(3HB-co-32.4%-4HB))對PLA結(jié)晶性能提升最大,當(dāng)結(jié)晶溫度為100℃時,20wt%的P(3HB-co-32.4%-4HB)可以將PLA的半結(jié)晶時間從16.01min降為3.16min,結(jié)晶自由能從PLA的56.25erg/cm2降低為36.68erg/cm2。SEM觀察發(fā)現(xiàn),PLA/P3/4HB共混材料的橫截斷面有納米級別的微孔,微孔

4、大小和數(shù)量與4HB含量相關(guān),當(dāng)P(3HB-co-32.4%-4HB)添加量20wt%時,納米微孔的平均面積為0.013μm2,表面積占有率為18.7%。
　　聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)是由已二酸、對苯二甲酸、丁二酯合成出來的生物可降解芳香族聚酯,具有很強的韌性。由于PLA與PBAT是不相容的材料,采用過氧化二異丙苯(DCP)作為交聯(lián)劑改性PLA和PBAT的相容性。同時也考察了PBAT對于PLA/P(3HB-co-24%

5、-4HB)共混材料綜合性能的影響。力學(xué)性能實驗結(jié)果顯示:在PLA/P(3HB-co-24%-4HB)/PBAT三元共混材料中,當(dāng)P(3HB-co-24%-4HB)含量低于50%時,PBAT能提升PLA/P(3HB-co-24%4HB)共混物的斷裂生長率和非缺口沖擊強度,含量過高的P(3HB-co-24%-4HB)和PBAT則都會削弱PLA的力學(xué)性能;DCP能夠使PLA/PBAT保持較高的拉伸強度,同時PLA的非缺口沖擊強度得到很大的提高

6、,對于含有P(3HB-co-24%-4HB)的共混材料,DCP對高含量的P(3HB-co-24%-4HB)共混材料的斷裂生長率和非缺口沖擊強度有很大的提升,但對于低含量的P(3HB-co-24%-4HB)共混材料各個力學(xué)性能指數(shù)都下降。TGA曲線顯示:加入PBAT后PLA/P(3HB-co-24%-4HB)共混材料熱分解溫度隨著PBAT含量的增加而逐漸提高。DSC數(shù)據(jù)顯示:P3/4HB和PBAT兩種材料共同使用時PLA的結(jié)晶性能沒有明顯

7、提高,兩種材料出現(xiàn)明顯拮抗現(xiàn)象,DCP的加入對PLA/PBAT共混材料結(jié)晶速率有極大的促進作用,在100℃等溫結(jié)晶條件下,當(dāng)PBAT添加量20wt%時,0.3%DCP的添加可以將PLA的半結(jié)晶時間從16.01min降為0.7min;SEM觀察發(fā)現(xiàn):PLA/P(3HB-co-24%-4HB)/PBAT共混材料的橫截斷面比PLA/P(3HB-co-24%-4HB)斷面更為粗糙,說明共混物韌性更強,同時橫截斷面表現(xiàn)出明顯的不相容;共混物耐熱性