PLA/PBAT薄膜的制备及其降解性能研究

摘要

全生物降解材料的推广使用被认为是解决“白色污染”问题最为根本和有效的方式，然而其降解周期难以实现稳定可控已经成为该材料推广中的一大障碍。深入研究全生物降解材料的降解机理可为其降解周期的科学调控提供必要的理论基础，对于促进全生物降解材料的发展具有十分重要的意义。
　　本文首先选取聚乳酸(PLA)和聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)两种全生物降解材料为基材，通过熔融反应共混的方式制备出乙烯丙烯酸丁酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(EBA-GMA)、乙烯丙烯酸甲酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(EMA-GMA)和过氧化二苯甲酰(BPO)增容改性的PLA/PBAT复合材料，采用哈普转矩流变仪、GPC、DMA、SEM和万能拉伸试验机研究了三种反应性助剂的加入对PLA/PBAT复合材料流变性能、分子量及分子量分布、动态热机械性能、微观形貌和力学性能的影响，结果发现三种相容剂的加入均可使PLA/PBAT复合材料的分子量略微增大、初始储能模量提高、力学性能明显改善，其中BPO的增容效果最佳。在此基础上，研究PLA含量对复合材料多种性能的影响，确定出合金中PLA含量为35 phr、45 phr和55 phr时适合于后续的吹塑成型。
　　然后，设计碱液加速降解实验研究不同配比PLA/PBAT/BPO合金薄膜的水解行为。对薄膜降解率及降解液pH的研究发现，薄膜的水解速率随着合金中PLA含量的增大而加快，PLA含量为55 phr时合金薄膜的水解速率最快，在浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液中浸泡28天后的降解率高达40.87％。FT-IR、DMA、DSC、POM、GPC和紫外-可见分光光度计的检测结果表明，薄膜水解的实质是其中酯键的断裂，水解会造成薄膜初始储能模量、玻璃化转变温度降低和重均分子量的下降，但同时会提高材料的结晶度、结晶能力和透明性。
　　最后，本文还通过紫外加速老化实验研究不同配比PLA/PBAT/BPO合金薄膜的光氧老化行为。GPC和紫外-可见分光光度计的检测结果表明，随着PLA含量的减少，合金薄膜对于紫外光的吸收效率及其光氧老化速率均有所提高，其中PLA含量为35 phr时薄膜的光氧老化速率最快，经紫外光照射192 h后，其重均分子量仅为降解之前的17%。光氧老化会造成PLA/PBAT薄膜分子量降低、结晶能力提高、结晶度增大、储能模量减小、玻璃化转变温度升高、CH—含量减少、C=O和—OH的含量增加、凝胶含量增大、未取向方向上的力学性能降低、透明性减弱，但所引起的质量变化相当微弱。综合对于薄膜光氧老化前后分子量、质量损失率和透光率的研究得出生色基团含量的增大会导致薄膜的黄变，同时使薄膜的光氧老化速率随着紫外光照时间的延长而提高。鉴于PBAT分子链中苯环结构的存在，可以进行Norrish反应而造成分子链的断裂，从而使得PLA/PBAT合金薄膜的光氧老化机理较为复杂。