【摘 要】
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传统不可降解塑料的大量使用造成了严重的“白色污染”,面对这一棘手问题,使用生物降解塑料是解决上述问题的有效途径之一。传统热塑性聚酯弹性体(TPEE)兼具塑料热塑加工和橡胶高弹高韧的特点,在众多领域得到广泛应用,但目前仍然存在以下缺点:生物降解性能差、拉伸强度和拉伸回复率低等。聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)等生物降解塑料具有良好的机械性能和生物降解性能,但PLA和PGA存在着韧性差等缺点。针对
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传统不可降解塑料的大量使用造成了严重的“白色污染”,面对这一棘手问题,使用生物降解塑料是解决上述问题的有效途径之一。传统热塑性聚酯弹性体(TPEE)兼具塑料热塑加工和橡胶高弹高韧的特点,在众多领域得到广泛应用,但目前仍然存在以下缺点:生物降解性能差、拉伸强度和拉伸回复率低等。聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)等生物降解塑料具有良好的机械性能和生物降解性能,但PLA和PGA存在着韧性差等缺点。针对以上问题,本文采用缩合聚合的方法合成出一种力学性能优异的生物降解热塑性聚酯弹性体(PBATE),并探讨单体配比对PBATE力学性能、结晶性能、热力学性能等的影响,进一步采用PBATE对PLA和PGA进行增韧改性,制备综合性能优异的共混物。本研究主要从以下三个方面开展,具体内容如下:1.使用对苯二甲酸、己二酸、丁二醇、乙二醇作为反应单体,采用酯交换熔融缩聚的方法合成出一种生物降解热塑性聚酯弹性体(PBATE),并研究了对苯二甲酸与己二酸的单体配比对材料性能的影响。FTIR和~1H NMR研究表明成功合成出聚酯类弹性体PBATE。酸值和GPC的研究结果表明,高温高真空的条件有利于PBATE分子量提高和酸值下降。力学性能结果显示,PBATE最大拉伸强度可达31 MPa,断裂伸长率达到1186%,小应变拉伸(100%、200%、300%)具有高回复性能。XRD、DSC研究发现,PBATE结晶能力较弱,结晶度最大为5.7%。热性能研究发现,PBATE的热稳定性能优异,热分解温度(T5%)超过380℃。降解测试结果显示,PBATE在碱性条件下降解速率最快,堆肥条件下3个月样品质量损失率超过65%。综上所述PBATE是一种力学性能优异且生物降解速率较快的热塑性聚酯类弹性体。2.采用PBATE对PLA增韧改性。研究表明,纯PLA的断裂伸长率仅为7.9%,冲击强度为3.1 k J/m~2。当PBATE的添加量为20 wt%时,PLA/PBATE共混物的断裂伸长率达到510%,冲击强度超过52 k J/m~2,可见PBATE的加入大幅度提高了PLA的韧性。SEM和TGA研究显示,PLA和PBATE相容性较好,有利于PLA/PBATE共混物热稳定性能的提高。DSC研究表明少量PBATE的加入有利于PLA结晶。进一步采用2 wt%的增容剂ADR4370S,在仅添加10 wt%的PBATE时,PLA/PBATE/ADR4370S共混物的韧性大幅提高,拉伸强度达到55 MPa,断裂伸长率达到427%,热分解温度(T5%)也提升至360℃。综上所述PBATE的添加改善了PLA性能,赋予了PLA较高的韧性。3.采用PBATE改善PGA的韧性和热稳定性。采用两步加工方法,当添加2 wt%的ADR4370S和30 wt%的PBATE时,PGA/PBATE共混物的断裂伸长率为41%,冲击强度也达到19 k J/m~2,与纯PGA相比韧性提升明显,且拉伸强度超过40 MPa,仍然维持较高水平。同时PGA的T5%提升超过50℃,热稳定性进一步提高。DSC和SEM研究表明,反应型增容使得PGA和PBATE界面粘结性增强,PGA的结晶度下降。采用不同反应类型的增容剂过氧化二异丙苯(DCP)、4,4-亚甲基二苯基异氰酸酯(MDI)、1,6-己二醇二缩水甘油醚(HDE)、二噁唑啉和邻苯二甲酸酐复合型增容剂(BOZ-PA)增容PGA/PBATE共混物,实验发现,MDI对PGA/PBATE共混物力学性能和热稳定性能提升效果较为明显。
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