生物塑料(聚3-羥基-co-4-羥基丁酸酯)P3-4HB及聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)對(duì)聚乳酸(PLA)性能改進(jìn)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(qiáng)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(guò)大,結(jié)晶速度太慢導(dǎo)致后期結(jié)晶現(xiàn)象明顯等缺點(diǎn),使它的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用受到了嚴(yán)重的阻礙。為了克服這些缺點(diǎn),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(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)兩種材料對(duì)PLA進(jìn)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(duì)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(duì)PLA綜合性能的改善較弱,過(guò)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(shí),共混材料綜合性能良好:拉伸強(qiáng)度38.18MPa,彈性模量2.71GPa,斷裂伸長(zhǎng)率51.82%,非缺

3、口沖擊強(qiáng)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(duì)PLA結(jié)晶性能提升最大,當(dāng)結(jié)晶溫度為100℃時(shí),20wt%的P(3HB-co-32.4%-4HB)可以將PLA的半結(jié)晶時(shí)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?cái)嗝嬗屑{米級(jí)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(shí),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(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)是由已二酸、對(duì)苯二甲酸、丁二酯合成出來(lái)的生物可降解芳香族聚酯,具有很強(qiáng)的韌性。由于PLA與PBAT是不相容的材料,采用過(guò)氧化二異丙苯(DCP)作為交聯(lián)劑改性PLA和PBAT的相容性。同時(shí)也考察了PBAT對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí),PBAT能提升PLA/P(3HB-co-24%4HB)共混物的斷裂生長(zhǎng)率和非缺口沖擊強(qiáng)度,含量過(guò)高的P(3HB-co-24%-4HB)和PBAT則都會(huì)削弱PLA的力學(xué)性能;DCP能夠使PLA/PBAT保持較高的拉伸強(qiáng)度,同時(shí)PLA的非缺口沖擊強(qiáng)度得到很大的提高

6、,對(duì)于含有P(3HB-co-24%-4HB)的共混材料,DCP對(duì)高含量的P(3HB-co-24%-4HB)共混材料的斷裂生長(zhǎng)率和非缺口沖擊強(qiáng)度有很大的提升,但對(duì)于低含量的P(3HB-co-24%-4HB)共混材料各個(gè)力學(xué)性能指數(shù)都下降。TGA曲線(xiàn)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(shí)PLA的結(jié)晶性能沒(méi)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(duì)PLA/PBAT共混材料結(jié)晶速率有極大的促進(jìn)作用,在100℃等溫結(jié)晶條件下,當(dāng)PBAT添加量20wt%時(shí),0.3%DCP的添加可以將PLA的半結(jié)晶時(shí)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?cái)嗝姹萈LA/P(3HB-co-24%-4HB)斷面更為粗糙,說(shuō)明共混物韌性更強(qiáng),同時(shí)橫截?cái)嗝姹憩F(xiàn)出明顯的不相容;共混物耐熱性