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生物降解材料PBAT的改性
1 淀粉改性PBAT
通过添加甘油和水等增塑剂对淀粉进行塑化,经过塑化后,淀粉分子间的氢键作用被削弱破坏,分子链的扩散能力提高,材料的玻璃化转变温度降低。因此在分解前实现了微晶的熔融,由双螺旋构象转变为无规线团构象,从而使淀粉具备了热塑性加工的可能性,热塑性淀粉的加工温度为120~220℃,再把塑化后的淀粉与PBAT在双螺杆挤出机上共混,可能得到一种新的淀粉填充改性PBAT的生物降塑料,这种生物降解塑料可以制成薄膜,是一种环境友好型的材料,具有广阔的应用前景。
PLA具有较高的拉伸强度、拉伸弹性模量,但硬度高、韧性较差等缺陷限制了它的应用范围。将PLA作为PBAT的填充物,能够有效提高PBAT的拉伸性能、同时降低PLA单独使用时的硬度、提高其韧性,最终得到综合性能良好的产品。因此,利用PLA对PBAT进行增强改性是一种十分高效的方法。
以机械共混方法制备 PBAT/PLA/TiO2 复合材料。结果表明,加入PLA 与 TiO2 能增韧增强 PBAT/PLA/TiO2 复合材料,并能提高其力学性能及热稳定性。
制备以 CaCO3 颗粒增强的 PBAT/PLA 复合材料,结果表明,CaCO3 改善了基质中聚合物之间的界面相容性,可获取低成本的柔性薄膜。
采用碳酸钙(CaCO3)对PBAT/PLA复合材料进行改性,并通过吹膜法成功制备出PBAT/PLA/CaCO3共混薄膜,研究了CaCO3对PBAT/PLA复合材料的影响。结果表明,CaCO3的加入大大增加了PBAT/PLA复合材料的热稳定性,降低了PBAT/PLA复合材料的结晶度,同时CaCO3对PBAT/PLA复合材料起了显著的增强作用,CaCO3使PBAT/PLA薄膜在力学性能上有了很好的提高,横向和纵向拉伸强度分别从21.06 MPa和24.35 MPa提高到了24.3 MPa和28.7 MPa,硬度达到了51。CaCO3的加入使PBAT/PLA复合材料的复数黏度、储能模量和损耗模量都有一定程度的提高,进一步证明了CaCO3提高了两相界面的结合强度。
有学者研究发现,在利用超细CaCO3对PBAT进行填充改性时,当超细CaCO3的质量分数在10%,相容剂质量分数为3份时,PBAT/超细CaCO3共混物的拉伸性能得到了很大程度的提高。当超细CaCO3的质量分数达到20%时,制成膜袋后,依然有较好的力学性能。除CaCO3之外还有滑石粉、蒙脱土也可作为无机填充对PBAT进行改性,能有效降低PBAT共混物成本,增强部分性能。
研究表明,以 50% 表面改性 CaCO3 填充制备得到的 PBAT/CaCO3 复合材料具有较好的力学性能;且改性 CaCO3 在 PBAT 基体中分散均匀,具有较好的界面结合力。
利用不同离子液体处理 MMT 得到 MMT–201和 MMT–1,用于填充 PBAT 制备纳米复合材料。研究发现,复合材料的拉伸弹性模量最高可提高 25%,同时对水和 CO2的阻隔性能降低。
研究表明,PBAT/纳米级 CaCO3 复合材料的拉伸弹性模量和拉伸强度与空白 PBAT 相比显著提高;但由于 CaCO3 的存在会稍微增加基质的光氧化速率。制备插层和剥离型 PBS/PBAT/有机化蒙脱土 (OMMT) 纳米复合材料。发现 OMMT 的增强作用改善了纳米复合材料的相容性、力学性能及热稳定性。
纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物,生产原料来源广泛。但由于纤维素中含有大量的羟基等极性基团,亲水性更强,因此与其它树脂间的界面相容性较差,导致复合材料的力学性能降低。因此在与 PBAT 共混前需对纤维素进行改性。
利用质量分数为0.2%~1%的纳米原纤化纤维素 (NFC)与PBAT进行共混,NFC会增加PBAT基质的储能模量和动态黏度,同时提高了 PBAT 结晶度,这为改善填料在基体中的分散性奠定基础。
将聚戊二酸丁二酯接枝改性纤维素纳米晶体 (CNC)降低了其亲水性,发现质量分数为10%的改性CNC填充PBAT复合材料的拉伸弹性模量较纯PBAT增加了 50%,储能模量提高约200%。
用异氰酸苯丁基酯化学改性CNC填充PBAT。PBAT/CNC复合材料的拉伸弹性模量提高55%,水蒸气渗透率降低 63%,且不损害 PBAT 的生物降解性。
采用十八烷基异氰酸酯接枝修饰CNC用于共混 PBAT,发现纳米复合材料的力学性能和流变性能得到改善,且CNC的亲水性增加了基质的生物降解性。
PBAT/乙酰化纤维素纳米结构 (CNS) 复合材料,乙酰基能改善 CNS 与 PBAT 的相互作用,从而增强了复合材料的力学性能和热性能,并且营造了良好的渗透网络。
木质素作为从制浆造纸工业和生物精炼过程中分离出来的副产物,其中大部分用于低成本燃料。木质素主要受热不稳定性、与疏水性聚合物的不相容性和脆性等因素限制,需要对其进行改性。而将改性木质素填充 PBAT 制备环保复合材料,不仅提高木质素的实用价值,而且在保持 PBAT高生物降解性的同时降低使用成本。
通过熔融共混法制备了 PBAT/木质素磺酸 (LS) 复合材料和 PBAT/LS 与 MAH 的接枝产物 (MLS)复合材料。结果表明,相比未接枝的 LS,MLS 在共混体系中具有更好的分散性、相容性及热稳定性;且 MLS 在 PBAT中的最佳质量分数为 10%,PBAT/MLS 复合材料的拉伸强度增大 10%,断裂伸长率提高 29.1%。
通过共混挤出制备 PBAT/甲基化修饰木质素复合材料和以PBAT-g-MAH 作增容得到的 PBAT/木质素复合材料。结果表明,两种复合材料中木质素质量分数为 60% 均表现较好的拉伸性能;且 PBAT/木质素膜的延展性和力学强度受木质素分子迁移率及其附聚物大小的影响;
同时 P40/MP3/L60 复合膜 (PBAT:MP:木质素质量比为 40:3:60) 在生产成本上与空白 PBAT 膜相比可大幅降低 36%。
采用熔融共混法制备了PBAT/木粉复合材料,以微球发泡剂采用模压发泡法制备了PBAT/木粉复合发泡材料,木粉含量为40份时仍能制备PBAT/木粉复合发泡材料,其表观密度为0.212 g/cm3。木粉使发泡材料的压缩强度降低,当木粉含量增加至30份时复合发泡材料的压缩强度与纯PBAT发泡材料相差不大。