全生物降解高抗冲PLA/PBAT复合材料的制备与性能

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.05.005

摘要/Abstract

摘要：

采用生物降解高分子材料聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）增韧聚乳酸（PLA），制备了全生物降解高抗冲PLA/PBAT复合材料；为改善PBAT与PLA之间的界面相容性，采用熔融接枝的方法制备了PBAT接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)(PBAT-GMA)相容剂；研究了相容剂质量分数对PLA/PBAT复合材料性能的影响。结果表明，随着PBAT-GMA质量分数的增加，复合材料的冲击性能大幅提高；当PBAT-GMA质量分数为30%时，复合材料的冲击强度达到64.8 kJ/m²，断裂伸长率为289.9%；PBAT-GMA上的环氧基团与PLA的端基发生反应，可有效改善PLA与PBAT之间的界面相容性。

关键词: 聚乳酸, 聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯, 相容剂, 增韧

Abstract:

Poly (butyleneadipate-co-terephthalate) (PBAT) was used to toughen poly (lactic acid) (PLA), and a fully biodegradable high impact PLA/PBAT composite was prepared. To improve the interface compatibility between PBAT and PLA, PBAT grafted glycidyl methacrylate (GMA)(PBAT-GMA) compatibilizer was prepared by the melt grafting method. The effect of the mass fraction of compatibilizer on the properties of PLA/PBAT composite was studied. The results show that with the increase of PBAT-GMA mass fraction, the impact strength of the composites is significantly improved. When the PBAT?GMA mass fraction is 30%, the impact strength of the composites reaches 64.8 kJ/m², and the elongation at break is 289.9%; the compatibilizing mechanism is the epoxy groups on PBAT?GMA can react with the end groups of PLA, which effectively improves the interfacial compatibility between PLA and PBAT.

Key words: Poly (lactic acid), Poly (butyleneadipate-co-terephthalate), Compatibilizer, Toughening

中图分类号:

O631

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图/表 11

图1 PBAT和PBAT?GMA的红外光谱图

Fig.1 FT?IR spectra of the PBAT and PBAT?GMA

图2 PBAT?GMA的接枝反应示意图

Fig.2 The grafting reaction diagram of PBAT?GMA

图3 PBAT和PBAT?GMA的核磁氢谱图

Fig.3 The 1H NMR spectra of neat PBAT and purified PBAT?GMA

图4 PLA/PBAT复合材料的冲击强度

Fig.4 The impact strength of PLA/PBAT composites

表1 PLA/PBAT复合材料的拉伸性能测试结果

Table 1 Tensile performance data of PLA/PBAT composites

w（PBAT⁃GMA）/%	拉伸模量/MPa	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/%
0	1 101.2	49.3	192.0
5	1 138.8	48.8	288.0
10	1 022.8	48.4	288.5
15	1 324.3	41.9	285.6
20	1 320.6	40.8	278.6
30	1 390.3	40.3	289.9

图5 PLA/PBAT复合材料的DSC曲线

Fig.5 The DSC curve of PLA/PBAT composites

表2 PLA/PBAT/PBAT?GMA共混体系的结晶热力学参数

Table 2 Crystallization thermodynamic parameters of PLA/PBAT/PBAT?GMA blend system

w（PBAT⁃GMA）/%	T_g/℃	T_m/℃	ΔH_m/(J·g^-1)	T_c/℃	ΔH_c/(J·g^-1)	X_c/%
0	60.9	167.6	26.3	102.2	19.4	10.6
5	61.1	167.9	22.7	107.2	19.1	5.6
10	60.8	167.7	22.9	107.3	19.5	5.1
15	60.5	167.8	22.4	109.3	19.4	4.6
20	60.9	167.9	21.9	109.7	19.3	3.9
30	60.9	167.7	22.0	109.7	18.9	4.7

图6 PLA/PBAT复合材料的储能模量和动态损耗（tanδ）随温度变化的曲线

Fig.6 The curve of storage modulus and tanδ of PLA/PBAT composite with temperature change

表3 PLA/PBAT/PBAT?GMA共混体系的Tg

Table 3 Tg of PLA/PBAT/PBAT?GMA blend system

w（PBAT⁃GMA）/%	T_g1/℃	T_g2/℃	(T_g2-T_g1)/ ℃
0	-27.8	64.4	92.2
5	-27.7	62.4	90.1
10	-26.1	62.9	89.0
15	-25.9	62.6	88.5
20	-25.4	62.5	87.9
30	-24.2	62.2	86.4

图7 PLA/PBAT复合材料的SEM图像

Fig.7 The SEM image of PLA/PBAT composites

表4 不同样品的表面自由能、极性分量、色散分量和界面张力

Table 4 Surface free energy, polarity component, dispersion component, and interfacial tension of different samples

样品	γ^d/ (mN·m^-1)	γ^p/ (mN·m^-1)	Γ/ (mN·m^-1)	γ₁₂/ (mN·m^-1)
PLA	10.8	22.1	32.9	-
PBAT	7.3	11.6	18.8	4.0
PBAT/PBAT⁃GMA（2/1）	5.1	16.4	21.5	2.9
PBAT/PBAT⁃GMA（1/1）	5.5	17.0	22.4	2.4
PBAT⁃GMA	4.8	19.9	24.6	2.5

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