PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學(xué)性能的研究分析

李新樂 衛(wèi)宏遠(yuǎn)

摘 要：應(yīng)用PBAT對PPC進(jìn)行共混改性分析，之后對共混物的性能進(jìn)行分析，對PPC純料和纖維素進(jìn)行受控堆肥條件下的氧生物分解和崩解能力測試分析。經(jīng)過一系列的測試分析之后發(fā)現(xiàn)同樣時間范圍內(nèi)PPC生物分解速率要低于纖維素生物的分解速率。

關(guān)鍵詞：PBAT;PPC;生物降解材料;熱性能;力學(xué)性能

在人類社會持續(xù)發(fā)展的情況下社會范圍內(nèi)的環(huán)境污染和能源緊缺問題也變得更加嚴(yán)重，大量塑料廢棄物的排放嚴(yán)重危害了環(huán)境，白色污染成為世界范圍內(nèi)亟待解決的問題。與此同時，多數(shù)高分子材料的加工原材料是石油的降解產(chǎn)物，社會的發(fā)展不斷加大了對石油的需求，逐漸枯萎的石油資源不再能夠滿足人類的需求，在這樣的情況下開發(fā)生物降解材料成為一種時代發(fā)展的必然。二氧化碳和環(huán)氧丙烷催化合成了聚碳酸酯（PPC），這種材料是一種能夠生物降解的脂肪族聚酯，在環(huán)境中可以降解成二氧化碳和水，是一種環(huán)境友好材料。PBAT是PHA中的一種，是微生物在非平衡狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)存儲的碳源和能源物質(zhì)，一般通過微生物發(fā)酵某一種可再生天然原料來合成，具有生物可降解性、生物相溶性、壓電性、光學(xué)活性，在多個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。為了能夠更好的發(fā)揮出PPC/PBAT在各個領(lǐng)域的應(yīng)用作用，文章現(xiàn)就PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學(xué)性能問題進(jìn)行探究。

1 PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學(xué)性能的實驗研究

1.1 器械準(zhǔn)備

實驗研究所應(yīng)用的PLA和PPC分別來自于日本島津公司和中國內(nèi)蒙古公司，PHBV來自于日本公司。在選擇好材料之后應(yīng)用溶液澆鑄的方式制作了多個配比的混合物，所有的樣品放置在真空干燥的箱體溫室內(nèi)部干燥48h，在干燥處理之后放置在干燥器中備用。

1.2 共混材料物性能的分析

示差掃描量熱分析。示差掃描量熱分析是在熱分析儀上開展的分析，在分析的時候會取大約20mg的樣品放置在鋁坩鍋上，掃描速度是每分鐘10℃，掃描測試的溫度在零下100℃到零上200℃之間，在掃描操作的過程中會得到DSC分析曲線。第二，熱失重分析。在選擇好的專業(yè)熱重分析儀上將11mg的樣品放入到天平樣品池中，并在其中加入高純度的N2進(jìn)行吹掃。在室內(nèi)基礎(chǔ)溫度的基礎(chǔ)上按照每分鐘10℃的比例來對樣品進(jìn)行加溫處理，在加溫到600℃的時候會得到熱失重曲線和微分熱失重曲線。第三， 力學(xué)性能測試。應(yīng)用萬能材料試驗機來對材料進(jìn)行性能分析，這項分析工作會在250kg的負(fù)荷傳感器上和每分鐘20mm的拉伸速度下進(jìn)行測試。在測試的時候試樣會被制作成啞鈴的形狀， 中間的間隔尺寸大小為35mm×6mm。在試樣操作的時候?qū)τ诿恳粋€試樣都至少需要做四個重復(fù)性的檢驗分析。

1.3 土壤懸濁模擬環(huán)境實驗檢測方式測定共混材料環(huán)境生物降解性能

按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)來收集整理土壤，所采集土壤所在地區(qū)沒有降解材料的應(yīng)用歷史，所收集土壤的基本性質(zhì)如下所示：pH（H2O）土壤的酸堿值為8.1;pH（KCI）的酸堿值是7.65;H2O的酸堿值是15.14。在了解土壤酸堿值之后按照以下的方式來制作土壤礦物鹽原液：按照標(biāo)準(zhǔn)選擇100g的土壤放置在經(jīng)過滅菌處理后的1000mL的無機礦物鹽培養(yǎng)基中，并將材料放置在4℃的環(huán)境中攪拌半個小時，攪拌之后靜靜的放置一個小時，最終會得到0.1g/mL的土壤礦物鹽原液，之后在其中加入0.3g干燥到恒重的不同比例PPC/PBAT膜，所有錐形瓶在有氧環(huán)境下可以按照每分鐘120轉(zhuǎn)的速度震蕩。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 PPC/PBAT共混物的熱性能和相容性能

PPC/PBAT是一種結(jié)晶高聚合物，熔融溫度在173.1℃和155.8℃。PPC是一種非結(jié)晶性無定形態(tài)高聚合物，PLA、

PPC和PHBV的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別是62.2℃、32.9℃和0℃。這三個類型混合物在150℃到180℃之間會出現(xiàn)三重峰的熔融行為。PHBV的熔融雙峰會出現(xiàn)在153℃和162℃上，峰的面積會隨著PHBV組分含量的增加不斷增加。

PPC/PBAT共混物的關(guān)系分析如圖一所示。C組出現(xiàn)熔融雙峰的溫度I是149.6℃，II是160.1℃，比其他小組的Tm溫度低，在170℃時熔融雙峰溫度III是PLA組分的熔融峰。在這個過程中峰的面積也會隨著共混合物PIA含量的增加而增加。在c組中PLA的Tm會不斷降低，基于PPC是無定形態(tài)高聚物，在混合物中PPC含量比較高的時候，在28℃的時候會出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在共混合物中組分含量變化的情況下混體系中的Tg數(shù)值也會出現(xiàn)規(guī)律的變化。

2.2 PPC/PBAT生物降解材料共混體系熱穩(wěn)定性

PPC/PBAT生物降解材料共混體系熱穩(wěn)定性會通過熱失重來進(jìn)行分析，經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)PLA或者PHBV的含量越高，材料的熱失重溫度也會不斷提升，材料的熱失重溫度會提升，熱穩(wěn)定性會增強，由此可以發(fā)現(xiàn)PLA的熱穩(wěn)定性超過PHNV的熱穩(wěn)定性。

2.3 PPC/PBAT生物降解材料共混體系的力學(xué)性能

PLA是典型的玻璃態(tài)硬質(zhì)材料，最高強度能夠達(dá)到100MPa。PPC是一種比較典型的柔弱材料，最高拉伸強度是2.7667MPa，在拉伸操作的過程中斷裂伸長率很高。經(jīng)過應(yīng)力曲線的變動分析之后發(fā)現(xiàn)，PPC的含量越高斷裂伸長率就越大，其中d組的PPC含量為60%，斷裂伸長能夠達(dá)到170%的比例，但是強度卻沒有達(dá)到3AMPa。由此發(fā)現(xiàn)，PHBV是一種脆弱的高分子材料，其拉伸強度和斷裂伸長率都不高。

3 結(jié)束語

綜上所述，PPC/PBAT生物材料在使用的時候都具備一定的相容性，通過力學(xué)試驗分析可以發(fā)現(xiàn)各個類型的混合物會呈現(xiàn)出一種優(yōu)勢互補的狀態(tài)，PLA是共混物賦予比較高的模量和拉伸強度，PPC是一種共混物所賦予的韌性和斷裂拉伸率比較高的材料，但是PLA和PPC的環(huán)境生物降解率不高，在加入PHBV之后能夠有效提升共混物環(huán)境生物降解的速率。

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