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        PLA/PBAT复合材料的增容及增强改性方法

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        本文来源 | 工程塑料应用

         

        将PBAT 和PLA 熔融共混是改善PLA 脆性、提升PLA 加工性能的有效途径。但是PLA与PBAT 熔融共混是一种物理改性,共混物的性能取决于两者共混相容的效果,故PLA 与PBAT 的相容性是影响复合材料性能的一个关键因素。下面将介绍PLA/PBAT复合材料的增容及增强改性方法。

         

        PLA/PBAT复合材料的相容性

         

        目前许多研究表明,PLA与PBAT 是热力学不相容体系。但是在只添加少量PBAT时,PLA与PBAT 却会出现部分相容现象;当PBAT 添加过量时,共混物的相形态为明显的两相结构。

         

        由于PLA 和PBAT 的相容性差,使得PLA 与PBAT 熔融共混制得的共混物的力学性能差。为了提高PLA/PBAT共混物的力学性能,需要在熔融共混过程中引入一种或多种增容剂,以此来降低PLA 与PBAT 两相界面的张力,提升界面的粘合力,达到提升共混体系相容性的目的。目前常用的增容剂主要有三种:增塑剂、反应性增容剂及韧性高分子聚合物。

         

        PLA/PBAT复合材料的增容改性方法

         

        1、添加反应性增容剂

        PBAT和PLA 属于聚酯家族,且末端基团都是羟基和羧基,故可通过引入一种能与聚酯末端基团发生开环反应,而且生成的共聚物能够改善两相界面相容性的物质即反应性增容剂,借此提升共混体系的相容性。

         

        目前主要使用多官能团环氧增容剂(ADR)、笼型聚倍半硅氧烷(POSS)、过氧化氢类和异氰酸酯类化合物等作为增容剂。

         

        2、添加增塑剂

        研究发现,增塑剂对改善PLA 的柔韧性有着较好的效果,而且增塑剂也能增塑PBAT,故可推断出增塑剂能够改善PLA/PBAT 共混物的柔韧性。

         

        在PLA/PBAT中添加0.5%的钛酸四丁酯(TBT),共混物的断裂伸长率达到298%,冲击强度可提升76%。添加0.5%的乙酰化柠檬酸三丁酯(ATBC),共混物的断裂伸长率达到263%,韧性显著提升。

         

        3、添加韧性高分子聚合物

         

        目前除了采用有机或无机小分子作为增容剂外,还可以将一些韧性高分子聚合物添加到PLA/PBAT 共混体系中,借此达到增容的目的。其中常用作增容剂的高分子聚合物有PCL。

         

        PCL 的力学性能与聚乙烯相当,且具有良好的热稳定性,以及低熔点和超低的玻璃化转变温度,因此PCL除了使PLA/PBAT 共混物产生增韧作用,还可以使共混物获得较好的热稳定性和力学性能。

         

        研究发现,随着PCL添加量增加,复合材料的拉伸强度和冲击强度呈现先升高后降低的变化趋势,当PCL含量为2% 时,复合材料的拉伸强度和冲击强度均到最大值,分别为66.44 MPa 和6.87 kJ/m2 。

         

        PLA/PBAT 复合材料的增强改性

         

        PLA/PBAT 共混可以吸收PBAT 优异的热稳定性等优点,使得共混体系在获得较好的韧性同时还具备优异的耐热性,但伴随着PBAT 的加入,PLA 的力学强度会有一定的缺失,使得PLA/PBAT 共混物的应用受到一定限制,故须对共混物进行增强改性,以提升其实用性。

         

        添加矿物(如玻纤、蒙脱土、羟基磷灰石、碳酸钙、二氧化硅等)或纤维类天然高分子聚合物都可改善PLA/PBAT 复合材料的力学性能,但为了不破坏复合材料的生物降解性,天然纤维增强改性是最理想的改性手段。

         

        此外,采用无机纳米粒子/反应性增容协同技术来增韧增容复合材料将会是未来的一个趋势,它实现纳米粒子的增强和异相成核作用,将有机反应性增容增韧与无机粒子增强、促进结晶的作用结合起来,两者产生的协同效应使材料的综合性能得到进一步提升。

         

         



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