PLA(聚乳酸)和PBAT(聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯)都是可以实现生物降解的热塑性材料,也是目前使用的最广泛的的降解塑料,但两者的相容性较差,交联剂的使用能够很好地解决这个问题。
1.交联剂的作用机理
PBAT的羧基和交联剂(YTKJ-A-J07)的环氧基之间存在相互作用。PBAT-5%YTKJ-A-J07的拉伸强度和弹性模量显著增加,表现出较高的拉伸性能。在这种情况下,YTKJ-A-J07充当了增强剂。然而高含量的交联剂会改变相互作用的性质并影响聚合物的最终性能。该添加剂的作用很大程度上取决于所使用的含量、聚合物加工方法以及加工工艺。实际使用中,交联剂还可以在加工过程中充当内部润滑剂。
PBAT/PLA复合物中的PLA和YTKJ-A-J07交联剂协同反应产生了和成核剂相同的作用,它们的加入更方便于PBAT结晶,但不能改变结晶形态。交联剂的加入使复合体系分子链的柔韧性增加,分子的运动范围大幅扩大,运动程度加剧,从而使体系的冷结晶温度降低
通过添加YTKJ-A-J07交联剂,PLA和PBAT复合体系的热稳定性得到改善并且粘度增加,但是在复合体系中,PLA与YTKJ-A-J07交联剂的相互作用较PBAT更为强烈,反应性更高,交联剂会显著改变共混物的形态。
2.交联剂在吹膜中的使用情况
PLA(34%)/PBAT(60%)/YTKJ-A-J07(6%)
3.交联剂含量对PLA/PBAT共混物力学性能的影响
随着交联剂含量的增加, PLA/PBAT共混物的拉伸强度逐渐提高, 断裂拉伸应变则逐渐下降的趋势, 交联剂含量为6%时,PLA/PBAT共混物表现出最佳的力学性能, 拉伸强度由未添加增容剂时的45.7 MPa提高到48.0 MPa, 断裂拉伸应变由72.7%下降到45.2%。PLA/PBAT复合材料的力学性能如拉伸强度随YTKJ-A-J07交联剂含量升高而持续改善,平衡扭矩和非牛顿指数不断升高,初始储能模量提高,冷结晶能力减弱,分子链段的松弛转变更加容易。交联剂的加入可以明显提高PLA/PBAT共混体系的力学性能。
4. 交联剂含量对PLA/PBAT共混物相形态的影响
加入2%的交联剂后, PLA相与PBAT相间依然可以看到较明显的相界面,但是与未添加交的共混物相比,PBAT相脱落形成的坑槽减少, 坑槽周围的PLA变形程度增加; 当交联剂含量为4%时, PLA变形更明显; 当交联剂含量为6%时, 相界面已变模糊, PBAT相脱落的情况也明显减少,说明加入交联剂能够明显改善PLA/PBAT两相的相容性,提高两相间的相互作用。
与纯聚合物相比,共混物显示出更高的结晶度。复合体系与交联剂协同作用时,其生物降解过程非常复杂。在土壤中具有高降解速率的原始PBAT,由于YTKJ-A-J07交联剂的影响,降解速率大大降低。交联剂官能团与聚合物降解过程中产生的基团反应,分子量降低,引起生物降解延迟。
交联剂的掺入会导致PLA/PBAT复合体系的粘度呈现上升的趋势,PLA结晶度增加,共混物分散相直径减小。
5.交联剂的更多作用
5.1可以提高聚合物熔体强度,提高聚合物分子量;
5.2可以捕捉加工过程中的低聚物和易导致降解的基团;
5.3可以提高熔体的加工温度,减少加工过程中的材料性能损失:
5.4提高生物降解材料的水解稳定性。
5.5.可以提高混炼材料的强度 ,提高各种材料之间的融合。
附:YTKJ-A-J07交联剂简介
YTKJ-A-J07全生物降解交联剂, 集采美国密西根州立大学生物基材料实验室研发技术,选用聚乳酸(PLA)为基材交联/共混/改性而成的一种添加型全生物降解材料。
熔 点 : 170-180℃ 密 度:1.20-1.25g/cm3
特 点: 改善加工性能 应 用:薄膜类/片材/吸管/注塑
MFI: 1.0-5.5 g/10min