日益增长的环保意识一直在促使环保型生物可降解聚合物逐步替代非生物可降解聚合物作为工程材料,而作为具有生物可降解性的PBAT受到了业界和学术界的极大关注。
随着研究不断深入,PBAT的生产成本不断降低,综合性能不断得到提高,逐步实现可持续发展。未来,在加强新品种研发的同时,开发低成本、高性能的可生物降解聚合物及其复合材料是一种理想且可持续的策略。本文将为大家介绍PBAT与4种有机填料的共混改性。
01
PBAT与改性淀粉共混
天然淀粉因价格低廉、来源广泛,且易于被微生物所分解,成为了生物降解材料的开发对象。将改性淀粉与PBAT共混,既可降低成本,又有效加快PBAT的生物降解速率。但由于天然淀粉本身的加工和力学性能较差,故经常对淀粉改性使其具有热塑性。
通过研究发现,PBAT可明显提高热塑性塑料(TPS)的力学性能,但两者的相容性较差,而马来酸酐(MAH)?能促进PBAT与TPS之间的酯交换,强力的界面粘合使薄膜的拉伸强度得到有效提高。采用MAH、柠檬酸(CA)和马来酸酐接枝聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT-g-MAH)分别用于增容PBAT/TPS混合物。发现MAH和CA在质量分数不超过2%时,薄膜的力学性能好;而PBAT-g-MAH的存在则为PBAT和TPS带来了有效的界面粘合。
02
PBAT与纤维素共混
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。
03
?PBAT与改性木质素共混
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%。
04
PBAT与无机填料共混
添加廉价的无机填料可有效降低制品的成本,同时也可为复合材料提供优异的力学性能。常用的无机填料主要有碳酸钙(CaCO3)、蒙脱土(MMT)、SiO2?及TiO2?等。?
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。
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。
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