PBAT基生物可降解复合材料的增容改性与表征

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近年来,出于减少环境中塑料废弃物积累数量的需求,开发环保型生物可降解高分子引起了人们的广泛关注。其中,聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)以其良好的分子柔韧性和可生物降解性,被认为是聚乙烯等不可降解高分子材料的理想替代品。然而其自身较差的加工性、粘度高等缺陷,PBAT常采用与PLA、纤维素等共混加工制备复合材料,组分间的相容改性一直是研究的热点。因此,本论文选用生物可降解的聚乳酸(PLA)和磺化木质素(Lignin)作为共混组分,分别与PBAT制备复合材料,采用离子液体(ILs)和环氧笼型聚倍半硅氧烷(POSS(epoxy)8)作为增容剂,对复合材料进行增容改性。1.设计合成两种新型的离子液体(IL1、IL2),由不同烷基链长度的含磷阳离子(PR4+)和不对称含磷阴离子(RPO32-)构成,调控其在PBAT/PLA中的加入量,共混得到母粒,并通过注塑加工获得PBAT/ILs/PLA生物可降解复合材料。采用X射线衍射(XRD)等一系列测试对复合材料进行表征。SEM显示,离子液体的加入使PLA在PBAT基体中的分散更加均匀。机械性能测试表明,含量为0.4%的IL1和IL2的复合材料的断裂伸长率比原始PBAT/PLA复合材料分别提高了329.9%和168.5%;同时,当IL含量为0.7%时,PBAT/ILs/PLA复合材料具有良好的阻燃性能(极限氧指数分别为28.1和27.3)。PBAT/ILs/PLA复合材料的熔体流动性随着离子液体含量的增加而增加,表明离子液体在复合材料中增塑效果显著。2.使用POSS(epoxy)8作为PBAT/Lignin的反应性增容剂,通过熔融共混并吹塑制备厚度为90±5μm的PBAT/POSS(epoxy)8/Lignin生物可降解复合薄膜。POSS(epoxy)8在复合薄膜中的含量为0%、0.1%、0.5%、1%、3%。SEM结果表明加入POSS(epoxy)8后的复合材料断裂面由平滑变为粗糙,且出现了拉丝状态,在POSS(epoxy)8含量为1%时尤为明显,表明POSS(epoxy)8改善了PBAT与木质素的界面附着力,增强了PBAT与木质素的相容性。交联度测试实验显示薄膜交联度在POSS(epoxy)8含量为1%时达到最高。机械性能测试数据表明,加入POSS(epoxy)8后复合薄膜的纵、横向的拉伸强度分别增长了15.9%和48.2%,断裂伸长率分别增长了8.8%和21.4%。同时,薄膜横向机械性能显著提升,证明增容改性后复合薄膜的各向同性明显提高。总之,本论文选用新型离子液体和POSS(epoxy)8作为生物可降解复合材料的增容剂,显著改善了复合材料的性能,为进一步发展生物可降解材料提供了有效途径。
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