PHB/PBS高分子合金的制备、形态与性能研究

摘要

聚丁二酸丁二醇酯（Poly(butylene succinate)，简称PBS）是一种典型的脂肪族全生物降解聚酯，具有优异的力学性能，良好的耐热性能和加工性能，可以作为可降解性的高分子包装材料、医用材料等。但另一方面，PBS脆性较高，断裂伸长率低，特性黏度低，不利于成型加工，限制了PBS的应用。聚羟基丁酸酯（Poly(hydroxyl butyrate)，简称PHB）也是一种生物降解性聚酯，不但具有良好的生物相容性，还具有较高的韧性。本文基于 PBS 和 PHB的化学、物理特性，并结合共混物的共混改性原理，制备了PHB/PBS合金，并系统地研究了材料的形态和性能，为制备高性能PBS合金材料奠定基础。　　PHB/PBS合金的力学性能和形态结构研究结果表明：PHB对PBS有一定的增韧和增强作用。随着PHB含量的增加，合金的拉伸强度从22.6 MPa增加到38.5 MPa，冲击强度从5.7 kJ/m2增加到43.1 kJ/m2。当PHB的含量为40%时，共混体系的断裂伸长率和弯曲强度都达到极大值，分别为1052 %和22.5 MPa。纯PBS的冲击断裂方式为脆性断裂，而随着PHB含量的增加，断裂方式逐渐转变为韧性断裂。　　PHB/PBS合金的玻璃化转变温度、结晶熔融行为、非等温结晶动力学和结晶形态研究表明：PBS 和 PHB 属于热力学相容体系，所有共混物均具有一个玻璃化转变温度、一个升温熔融峰和一个熔体降温结晶峰。玻璃化转变温度的变化符合Gordon–Taylor方程；随着合金中 PHB 含量的增加，球晶尺寸减小并容易形成环带球晶，相对结晶度降低；同时，半结晶时间变短，结晶速率常数增大，结晶活化能逐渐升高，这些都体现出二者具有良好的相容性。　　PHB/PBS合金的晶体结构和结晶度的研究结果表明：在共混物中，PHB和PBS的晶型都没有发生变化，仍为单斜晶系。随着合金中 PHB 含量的增加，共混体系的结晶度降低。　　PHB/PBS合金的热性能研究表明：在氮气中，不同PHB/PBS合金的热降解主要表现为一个热分解过程，热分解反应为一级反应。随着共混物中 PHB 含量的增加，失重为2wt.%和5wt.%所对应的温度都升高，即共混物的热稳定性逐渐提高。　　PHB/PBS合金的旋转流变性能和动态力学性能研究结果表明：在粘流态时，随着合金中 PHB 含量的增加，共混体系的黏度迅速增大，零切粘度增加，熔体的假塑性变得更明显，熔体的粘弹性以粘性响应为主；在玻璃态向高弹态转变时，随着 PHB 含量的增加，共混物的储能模量降低，损耗模量增加，内耗峰值温度（玻璃化转变温度）逐渐降低。　　不同成型模具温度对 PHB/PBS 合金的冲击、拉伸及熔融性能的影响结果表明：当模具温度为 30℃时，材料的冷却速度最快，形成的晶体尺寸最小，有利于提高合金样品的韧性和拉伸强度。随着模具温度的升高，PHB/PBS合金的重结晶热焓值和熔融热焓值逐渐增大，结晶度升高。　　紫外老化时间对 PHB/PBS 合金冲击性能的影响结果表明：共混物在紫外老化前期冲击性能降低的比较明显，随着老化时间的延长，共混体系产生的缺陷由外向内扩展的越来越慢，冲击性能降低的幅度越来越小。　　土壤老化时间对 PHB/PBS 合金降解性能的影响结果表明：随着土埋时间的延长，合金发生一定程度的降解，且PBS的降解比PHB的降解较快，8周后，纯PBS的失重率达到1.96%，纯PHB的失重率达到1.05%，而所有合金的失重率均介于二者之间。

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