技术交流

PBAT对PLA增韧改性
2022-05-06

    作为当下使用做广泛的生物质材料——聚乳酸(PLA)具有许多优良的性能:较高的透明度、光泽性和透气性、高模量、低温热封性,优异的阻隔性,还具良好的生物相容性、抗菌性等诸多优点,不仅原料可再生,制品可完全生物降解。但PLA固有的脆性、低断裂伸长率、冲击强度低、极易弯曲变形等特点, 直接影响了其生产加工和应用范围。

1.如何改善提高PLA的韧性呢?主要有以下几种方式:

1.1 将乳酸单体与其它聚合物共聚合以改变PLA结构,从而改善提高其韧性;

1.2 添加交联剂,以改善提高其韧性;

1.3 将PLA与其它聚合物共混,以改善提高其韧性。

1.4 本体共聚

2.本文着重介绍PBAT对PLA的增韧改性:

2.1 在PLA中加入少量的PBAT, 可在一定程度上改善PLA的断裂伸长率,仅将PBAT与PLA进行物理共混,由于两者在分子链段上的差异, 共混物的性高度依赖于其形态 ,其次PBAT含量在20%-50%之间时,PBAT与PLA几乎不相容, 两种物质结晶性、相容性的缺陷导致共混物的力学性能不佳。如何保证PBAT均匀地分散在PLA中,且体系的结晶性还能得到改善是目前所要解决的关键(后续有专题整理资料)。在PLA/PBAT共混物中加入的无机粒子起到异相成核的作用,能够改善材料的结晶性能; 或加入第三组分相容剂在共混物不相容的界面上分散, 降低PLA、PBAT分子链上的作用力, 让PBAT更好地分散于PLA中,以达到对PLA的增韧作用。

2.2  PBAT含量对PLA/PBAT共混物拉伸性能的影响:随着PBAT含量增加, PLA/PBAT共混物拉伸强度呈下降趋势, PBAT为30%时, 拉伸强度由纯PLA的57.5 MPa降到32.5 MPa;而PBAT增加到50%时,拉伸强度降到了17.5MPa。断裂拉伸应变则随着PBAT含量的增加先升高后降低再升高, PBAT为30%的共混物相比,PBAT含量的增加反而降低了共混物的断裂拉伸应变。 这表明PBAT含量高时, PBAT的加入虽能提高共混物的断裂拉伸应变却会引起拉伸强度的大幅下降,因此PBAT含量不宜过高。

2.3 随着PBAT含量增加,PLA/PBAT共混物的拉伸强度逐渐下降而断裂拉伸应变则逐渐升高;当PBAT含量为20%时,共混物断裂拉伸应变由纯PLA的8.8%提高到78%.拉伸强度由57.5 MPa下降到45.0 MPa。

3 PBAT含量对PLA/PBAT共混物微观相形态的影响

3.1  纯PLA的断面平整,没有发生变形,表明PLA确实是一种脆性较大的聚合物。在PLA中添加PBAT含量为5%时,可以观察到明显的“海岛” 结构,由于PBAT含量较低,因此以球状分散相的形式分布在PLA连续相中,球状PBAT相与PLA相间存在一定间隙,同时可以看到一些小的凹槽,这些凹槽是由部分PBAT相脱落形成, 表明PLA和PBAT为部分相容;另外,凹槽周围的PLA基体出现了一些变形, 这种变形在PBAT含量为25%和30%时更明显;随着PBAT含量增加, PBAT相的尺寸逐渐增大,当PBA含量增大到50%时,相结构已不是“海岛”结构,两相的尺寸基本相当;进一步增加PBAT含量, 可以看到PLA相与PBAT相发生了相反转。

3.2  PBAT含量为5%时,拉伸断面变得不平整且断面出现一些细长的丝状物;当PBAT增加到10%时,断面结构发生显著变化, 断面出现一些深孔,孔周围的PLA/PBAT共混物被拉伸变形,进一步提高PBAT含量,拉伸断面的外貌构成并没有发生明显变化, 但是共混物被拉伸变形的程度显著增加, 被拉伸共混物的尺寸也逐渐变大。 这是因为在拉伸过程中,由于PBAT的模量小于PLA, 在外力作用下,PBAT相首先被拉伸变形,又由于PBAT相与PLA相间存在相互作用,PBAT相的这种变形又会被PLA相所限制,因此应力便由PBAT相传递到周围的PLA相,从而使PLA相被拉伸变形, 当应力超过两相间的相互作用时,PBAT就会从共混物的一面被拉出形成深孔,在孔周围留下被拉伸变形的PLA,在另一面形成被拉伸变长的条状物。要实现PLA的脆韧转变,PBAT含量必须在合适范围,而PBAT含量与PBAT相的尺寸密切相关,由此得出, PBAT相的尺寸和两相间的相互作用是实现PBAT对PLA良好增韧的重要因素。

4 结论

4.1 加入PBAT使PLA/PBAT共混物的拉伸强度大幅下降, 断裂拉伸应变升高,在PBAT含量为50%时出现较大幅度下降,继续提高PBAT含量,断裂拉伸应变快速提高。

4.2 PLA与PBAT具有一定的相容性, 两者间的相互作用和PBAT相的尺寸是PBAT增韧PLA的重要因素.

4.3 加入PBAT提高了PLA/PBAT共混物的tc , 增大了熔融双峰中低温峰的比例,而增容剂对PLA/PBAT共混物热性能几乎无影响。


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