PBS基复合材料的制备与性能研究

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自现代工业时代以来,由于科技的急速发展,全世界对石油资源开采过度,使得能源危机已然来临。同时,传统的不可降解塑料的广泛使用也使地球上的环境污染问题日益加重。近些年来,生物降解塑料在这种背景下快速崛起。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有优异的生物降解性及生物相容性,是一种发展潜力极大的脂肪族聚酯。然而,PBS韧性较差、结晶速率较慢且难以加工成型,限制了其进一步应用。本文针对以上不足,分别采用滑石粉(Talc)和聚(3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸)(P34HB)两种改性剂与PBS进行熔融共混,系统地研究了PBS/Talc和PBS/P34HB两种复合材料的结构与性能。具体工作如下:1.采用熔融共混技术,以PBS为基体,改性和未改性的滑石粉为填料,制备了PBS/Talc复合材料。通过改变滑石粉粒子尺寸和用量,探究了其力学性能、玻璃化转变行为、结晶过程及形态、流变性能、热稳定性和微观形貌的变化。研究表明:当改性后的1250目滑石粉含量为6wt%时,冲击强度达到了88 J/m,相比纯PBS提升了1倍,证明材料的韧性得到了提升;滑石粉的加入破坏了PBS分子链的规整度,使复合材料的结晶温度升高至86.95°C,较纯PBS提高了16.74°C,结晶度从44.14%降低至20.80%,且PBS球晶尺寸减小,证明滑石粉是一种有效的成核剂,可以极大地改善PBS的结晶性能;随着滑石粉含量的升高,复合材料的玻璃化转变温度从-23.95°C升高至-19.66°C,初始热分解温度升高了26°C;复合材料的储能模量、损耗模量与复数黏度均增大,材料的粘弹性增强。2.使用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)对PBS进行接枝改性,制备了PBS/P34HB(PBP)和PBS-g-GMA/P34HB(PGP)复合材料并对其各项性能进行表征。研究表明:PBP中PBS与P34HB相容性较差,而加入GMA后,PGP的两相间相容性得到明显提升。当P34HB含量为10wt%时,PGP的冲击强度达到了264 J/m,相比于纯PBS提升了5倍;当P34HB含量为30wt%时,PBP的结晶温度升高至78.90°C,较纯PBS提高了8.69°C;而PGP的结晶温度升高至87.78°C,较纯PBS提高了17.57°C,结晶度也从44.14%降低至30.12%,相比于PBP,PGP的晶区是连续相;随着P34HB含量的升高,复合材料的储能模量、损耗模量与复数黏度均增大,说明材料的熔体强度得到了提升,更易于加工成型,使PBS的应用得到拓展。
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