改性提高生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)耐撕裂性的研究

摘要

PBS是一种具有良好综合性能的生物降解材料。它是由丁二酸和丁二醇缩合聚合制备的,其合成原料来源比较广泛,并不单纯依赖于石油资源,也可以通过生物(如玉米秸秆等)发酵得到。废弃的PBS用品易被土壤中的多种微生物或者动植物体内的酶分解、代谢,并最终以二氧化碳和水的形式存在,即是全生物降解材料。PBS属热塑性树脂,加工性能良好,可以在普通设备上进行成型加工;其力学性能介于聚乙烯和聚丙烯之间,可直接工程使用。PBS可以用做包装袋、垃圾袋、各种塑料卡片、化妆品瓶、婴儿尿布、药物缓释载体基质及农用材料,以及环境保护的土木绿化用网、膜等塑料制品。PBS分子链规整,结晶度较高,作为薄膜材料使用时存在缺口敏感问题,必须进行改性提高。
　　 本文通过过氧化物引发交联、辐射交联及共混改性来提高PBS的耐撕裂性。采用双螺杆挤出机制备改性PBS,再进行吹膜或压制膜片,并将膜、片样品进行加热或辐射处理。应用多种表征分析了配方和工艺对材料性能的影响。
　　 1、在挤出过程加入过氧化二异丙苯DCP作为交联引发剂制备改性PBS,挤出温度为170℃,螺杆转速为200r·min-1。相对未改性PBS,适量DCP改性PBS吹制膜的耐撕裂性能和拉伸强度提高了,但断裂伸长率降低了。DCP的最佳含量为0.5％,改性PBS的耐撕裂强度和拉伸强度分别较纯PBS提高了34％、16％。随着DCP含量增加,交联凝胶含量先增加到一定值后不再升高,熔融指数随交联度升高而不断下降。缓慢降温可略微升高改性料熔点。
　　 在挤出过程加入衣康酸(ITA),实现PBS/DCP体系的接枝反应,接枝ITA提高了DCP交联引发效率,从而提高了PBS的耐撕裂强度与拉伸强度,最佳含量为2％ITA、0.2％-0.3％DCP;而没接枝ITA的PBS/DCP试样达到这一强度所需的:DCP含量为0.5％-0.6％。所以,接枝ITA既提高了PBS力学性能,也减少了DCP用量。
　　 2、在辐射加工改性中,利用60Coγ射线处理PBS膜。不同厚度PBS膜受辐射的效果不同:辐射表面PBS大分子自由基容易受到空气的氧作用而发生降解,膜越厚越则不受氧作用的内部PBS分子比例越高,则辐射交联效果越好;敏化剂可以提高辐射效率,三烯丙基异氰酸酯(TAIC)对PBS进行辐射的最佳剂量为10KGy;在PBS中TAIC质量分数为0.5％时改性料力学性能最好,撕裂强度是未经辐射膜的1.60倍。经XRD、IR、NMR表征发现,辐射后PBS分子链的主要结构没有发生变化,但是结晶度降低。用TAIC和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)改性PBS,其凝胶含量与辐射量的关系满足一个新修正的Charlesby-Pinner关系式。
　　 3、共混改性试验中,聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇脂(PBAT)可提高PBS的冲击韧性。PBS/聚乳酸(PLA)中PLA在共混物中起增强作用,并且共混物的拉伸强度与PLA的含量变化呈线性关系,含量为40％时拉伸强度达到38.6MPa;而断裂伸长率在PLA含量小于20％之前随之增大缓慢下降,40％时仅为196％,即降低了韧性。