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PBAT+淀粉吹膜,为什么要加相容剂?
  发布日期:2022-11-18    浏览次数:419次     字体大小:【大】【中】【小】

PBAT与塑化淀粉用于包装的共混物:机械性能,流变学行为和生物降解性


研究背景:


聚(己二酸丁烯-共对苯二甲酸酯)(PBAT)是一种完全可生物降解的脂肪族-芳香族共聚酯,与商用塑料相比具有竞争性的机械性能。另外,由于消费者对环保包装的偏好以及政府对不可生物降解塑料的严格政策,PBAT的需求稳定增长。然而PBAT相对于传统不可降解商品塑料的售价较高,如比低密度聚乙烯(LDPE)贵三倍左右。将PBAT与增塑淀粉(TPS)按适当比例共混能使PBAT基塑料更具有成本效应,并广泛应用于包装的有效途径。尽管TPS是一种成本效益高的聚合物,但由于其对水分的固有敏感性强、高粘度和高生物降解倾向,不能满足所有的应用要求。为抵消这些限制,TPS需要与聚酯等疏水性聚合物混合。不幸的是,TPS和PBAT的表面性质存在显著差异,导致两相之间的界面附着力较差。反应性偶联剂相容剂的加入是缓解两相界面粘连缺陷的前提。已有较多文献报道了几种反应性偶联剂,其中,马来酸酐的酸酐基团、GMA的环氧基团、丙烯酸的羧基基团和柠檬酸的羧酸基团都能通过增强两相间的界面粘接来改善PBAT/TPS共混物的力学性能。在TPS中,马来酸酐(MA)的加入促进了淀粉主链上的甘油接枝,以及PBAT与淀粉通过酯交换反应的偶联。当MA接枝PBAT作为一种相容剂时,接枝的MA与淀粉形成酯键的羟基反应,改善界面附着力,更好地控制分散的TPS相的大小


研究内容:


University of Sfax-Faculty of Science-LMSE BP的Dammak,Fourati等团队研究了马来酸聚己二酸丁二醇-共对苯二甲酸酯(PBAT-MA)和马来酸酐(MA)作为相容剂对不同TPS含量(40-60%)的PBAT/TPS共混体系的力学性能、形态、熔体流变学和生物降解性的影响。


主要研究结果:
图1.(A)PBAT/TPS共混物的拉伸应力-应变曲线,(B)拉伸强度,(C)断裂伸长率。


微信图片_20221121145151.png



图2.PBAT/TPS共混物SEM显微图:A)PBAT/TPS-60,B)PBAT/TPS-60-MA,C)PBAT/TPS60-PBATg,D)PBAT/TPS-50,E)PBAT/TPS-50-MA,F)PBAT/TPS-50-PBATg,G)PBAT/TPS-40,H)PBATTPS-40-PBATg。


微信图片_20221121145229.png


图3.(A)PBAT/TPS共混体系在150℃下,在不同TPS含量和相容剂下的复粘度和(B)储存模量随频率的函数和(C)TPS的连续性指数。


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图4.平衡吸湿率和连续指数与TPS含量和加工过程中使用的相容剂有关。


微信图片_20221121145340.png


图5.根据ISO 14855-2标准方法,基于58℃下CO2排放监测的PBAT/TPS共混物的生物降解试验。


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图6.不同掩埋时间土壤生物降解的宏观形貌。


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研究结论:


相容剂的结构对力学性能的演变有影响:在TPS含量为40~60%的情况下,PBATg-MA相容剂存在时,拉伸强度和断裂伸长率最高,这是因为PBATg-MA是一种有效的反应性相容剂,能促进TPS相与PBAT相的界面粘附。

相容剂也影响共混体系的熔体流变性:在50和60wt%TPS时,在MA存在下处理的共混物表现出更接近TPS的行为。另一方面,当PBAT-MA存在时,其流变性能与PBAT相近。根据TPS含量和使用的相容剂,PBAT/TPS共混物的形貌可以解释这些演变。

使用ISO 14855-2作为评估共混物生物降解的方法,结果表明,所有共混物都是可生物降解的,但根据使用的相容剂不同,生物降解动力学也受到影响。在MA存在下,降解曲线接近纤维素和PBAT。在PBATg-MA存在的情况下,80天后生物降解率下降,达到70~75%,而在没有任何相容剂的情况下,生物降解率超过85%。


参考文献
Blends of PBAT with plasticized starch for packaging applications: Mechanical properties, rheological behavior and biodegradability
原文链接

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.112061







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