反应性增容改性PBS/PLA共混物的制备及性能研究

来源 :海南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leosky_001
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聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种热塑性脂肪族聚酯,可由琥珀酸和1,4-丁二醇合成,在自然界中能够完全生物降解,产物为二氧化碳和水等小分子。此外,PBS具有较好的韧性、结晶性能及耐热性能。然而,PBS较弱的力学强度和熔体强度需要进行有针对性改进,以拓宽PBS材料的应用领域。而作为可生物降解聚合物的另一个大的品种,聚乳酸(PLA)有着良好的力学强度、生物相容性及加工成型性能。显然,高韧性PBS树脂与高强度PLA树脂在性能上具有高度互补性。本文将PBS与PLA进行熔融共混,利用PLA组分对PBS基体进行增强改性。为了提高PBS/PLA共混物的界面相容性,采用多元环氧扩链剂ADR作为反应性增容剂。研究ADR添加量对PBS/PLA共混体系的流变学行为、加工热稳性、微观结构、拉伸性能、以及结晶行为等方面的影响。最终得到综合性能优良的反应性增容改性PBS/PLA共混材料。研究PLA的加入对PBS材料的熔体流动性、力学性能、微观形貌以及结晶性能等方面的影响。熔体质量流动速率(MFR)测试结果发现,随着PLA含量增大,PBS/PLA共混物的MFR不断下降。而在力学性能方面,PLA的加入可增强PBS材料的强度和刚性,使其拉伸屈服强度以及拉伸模量都有提高。值得注意的是,当PLA含量≤30 wt.%时,PLA的加入可以使得PBS/PLA共混物的拉伸屈服强度、拉伸模量和断裂伸长率同时得到不同程度的提高。纯PBS的拉伸屈服强度、拉伸模量以及断裂伸长率分别为32.0 MPa,473.1 MPa和282.5%。当PLA含量为30 wt.%时,其拉伸屈服强度、拉伸模量以及断裂伸长率分别增大至34.4 MPa,610.8 MPa和455.2%。而当PLA含量增大至40 wt.%时,PBS/PLA(60/40)共混物中出现严重的PLA相合并,导致其断裂伸长率剧烈降低至11.3%。结晶测试结果表明,共混物中PBS基体为半结晶结构,而PLA分散相则为非晶态结构。研究多元环氧扩链剂ADR对PBS/PLA(60/40)共混体系的加工热稳性能、拉伸性能、微观形貌、结晶性能、以及流变学行为和吹膜稳定性等方面的影响。由扭矩和熔体质量流动速率结果可知,ADR的加入,使得PBS/ADR以及PBS/PLA/ADR体系的扭矩升高,MFR值减小。说明ADR与共混体系中的PBS以及PBS/PLA发生扩链反应,使其分子量和黏度显著增大。拉伸性能测试结果表明,随着ADR的加入,PBS/PLA(60/40)试样的拉伸断裂伸长率显著提高,由未加时的11.3%大幅提高至327.8%的最大值。而相对于纯PBS试样,PBS/PLA/ADR(60/40/x)试样的拉伸屈服强度、拉伸模量和断裂伸长率均出现较大程度提升。纯PBS试样的拉伸屈服强度、拉伸模量以及断裂伸长率分别为32.0MPa,473.1 MPa和282.5%,而PBS/PLA/ADR(60/40/0.6)试样的拉伸屈服强度、拉伸模量和断裂伸长率则分别增大至39.8 MPa,853.0 MPa和327.8%,为最佳拉伸性能的共混物试样。这是由于在熔融共混时,ADR与PBS和PLA大分子链发生扩链/支化反应,原位生成的PBS-ADR-PLA大分子可以起到PBS/PLA两相界面增容作用所致。此外,由扫描电子显微镜(SEM)观察可知,随着ADR添加量增大,PLA分散相尺寸变小,PBS/PLA界面相容性得以改善。对被拉伸试样的内部形貌进行SEM观察可知,二元PBS/PLA(60/40)试样在拉伸过程中,PLA分散相颗粒与PBS基体脱粘严重,导致银纹快速发展为裂纹,使得二元共混物试样在拉伸测试时出现过早断裂行为。而对于三元PBS/PLA/ADR(60/40/x)试样,当受到拉应力时,PBS基体先屈服,吸收部分能量。紧接着,增强的界面粘附力确保PLA分散相颗粒开始随PBS基体一起发生屈服和大尺度取向。而不断形成的取向和成纤分散相结构可以大大提高材料对银纹的终止能力,阻止微裂纹的发展,导致增容改性的PBS/PLA/ADR(60/40/x)试样的断裂伸长率达到甚至超过纯PBS试样的断裂伸长率。毛细管流变学结果显示:PBS/PLA(60/40)共混体系的熔体表观黏度对剪切速率的变化较为敏感,为假塑性流体。随着ADR添加量增大,熔体的假塑性有增大趋势,说明共混物熔体中的扩链/支化大分子随着ADR添加量的增大而不断增多。此外,温度的升高会在一定程度上提高熔体的流动性,降低熔体的表观黏度。但共混物熔体表观黏度对温度变化的敏感性要明显弱于对剪切速率变化的敏感度。吹膜成型试验表明,相对于PBS和二元PBS/PLA(60/40)共混物较差的吹膜成型稳定性,ADR的扩链/支化反应使得PBS/PLA/ADR(60/40/0.6)共混物的熔体黏度和熔体强度得到增强,其吹膜稳定性得到显著改善。
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