生物降解樹脂PBAT的共混改性研究進(jìn)展解析

李新樂(lè) 衛(wèi)宏遠(yuǎn)

1.天津大學(xué)化工學(xué)院 天津 300072

2.天津天達(dá)聯(lián)合工程技術(shù)有限公司 天津 300457

脂肪-芳香族共聚酯具有顯著的生物降解性，同時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，可以改善脂肪族聚酯的綜合性能。PBAT中具有脂肪鏈和芳香鏈，因此PBAT具有良好的韌性和耐高溫性，因?yàn)镻BAT具有酯鍵，因此PBAT具有顯著的生物可降解性。但是因?yàn)镻BAT具有芳香鏈PBT鏈段，因此降低了PBAT降解速率。因此PBAT材料價(jià)格比較高，還無(wú)法在市場(chǎng)中推廣應(yīng)用，實(shí)施PBAT共混改性，有利于改善PBAT的綜合性能，降低PBAT使用成本[1]。

1 PBAT與可降解聚合物共混改性

1.1 PBAT和PLA共混

PLA的生物相容性和生物可降解性都比較顯著，最終會(huì)降解而成二氧化碳和水，不會(huì)引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題，因此在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及生物醫(yī)藥行業(yè)廣泛應(yīng)用。PLA的拉伸強(qiáng)度和壓縮模量比較高，但是缺乏韌性和彈性，很容易發(fā)生彎曲變形問(wèn)題，因此限制了PLA實(shí)際應(yīng)用范圍。而PBAT具有顯著的拉伸性和柔韌性，因此可以利用PBAT對(duì)PLA實(shí)施增韌。在實(shí)際工作中利用熔融擠出法制備PBAT和PLA共混物，增大PBAT含量之后，會(huì)增加共混物的沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，如果PBAT含量為30%左右，可以達(dá)到最大的斷裂伸長(zhǎng)率，加入PBAT之后，共混物拉伸性和彎曲性能，如果減少了PBAT添加量，并不會(huì)大幅度的降低拉伸性能和彎曲性能。

PLA和PBAT之間缺乏相容性，因此降低了共混物的力學(xué)強(qiáng)度。為了擴(kuò)大共混物的應(yīng)用范圍，因此在共混物中需要摻入增溶劑，降低界面張力，同時(shí)使界面結(jié)合力因此提高，改善共混物的抗沖擊性。例如可以增加擴(kuò)鏈劑，可以提高共混體系的結(jié)晶溫度，結(jié)晶度因此降低，界面結(jié)合力也會(huì)因此增加，顯著提高了共混物的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

在PBAT和PLA共混物中可以加入生物蛋白質(zhì)，可以改善共混物的相容性。因?yàn)镻AL可以實(shí)現(xiàn)完全降解，實(shí)現(xiàn)共混之后，共混物具有良好的力學(xué)性能。在緩沖水溶液當(dāng)中，共混物中PLA含量不斷提高，會(huì)隨之加快降解速率，此外PLA組分可以提高PBAT組分降解速度，但是PBAT組分卻無(wú)法提高PLA組分降解速度。

1.2 PBAT和PBS共混

PBS具有顯著的生物降解性能，加工PBS的溫度和黏度比較低，同時(shí)缺乏熔體強(qiáng)度，在加工過(guò)程中不適合利用吹塑和流延方式，此外PBS屬于結(jié)晶聚合物，因此PBS制品通常具有脆性，因此需要實(shí)現(xiàn)共混改性。PBAT具有柔順性和韌性，因此有利于改善PBS脆性，進(jìn)一步優(yōu)化PBS加工性能。加入PBAT之后，共混物熔體流動(dòng)性因此降低，使熔體黏度因此提高，有利于在加工過(guò)程中利用吹塑和流延加工方式。如果混入PBAT含量為20%，可以提高PBS斷裂伸長(zhǎng)率的10倍，同時(shí)也可以大幅度提高PBS沖擊強(qiáng)度[2]。

1.3 PBAT和PPC共混

利用各類混氧化物共聚合獲取PPC，因此PPC具有顯著的生物降解性，可以有效隔絕水和氧氣，因此適合在食品包裝和復(fù)合材料以及膠黏劑中廣泛利用。但是PPC屬于非晶結(jié)構(gòu)，具有較大的分子鏈柔性，因此降低了材料熱性能，因此在高溫條件下，制品尺寸缺乏穩(wěn)定性，而在低溫條件下，制品又具有較大的脆性，因此不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。共混PBAT和PPC之后，可以改善PPC的性能，共混物就有軟而韌的特征，控制PBAT含量為40%，可以極大幅度的提高共混物的拉伸強(qiáng)度。

共混PPC和PLA之后，可以逐漸降低熔融溫度，因此PPC和PLA具有相容性，在土壤環(huán)境當(dāng)中，對(duì)比PLA，PPC具有更快的降解速度。共混之后可以優(yōu)化材料力學(xué)性能，同時(shí)材料生物降解性因此提高。

2 PBAT和天然高分子共混

2.1 共混PBAT和淀粉

淀粉來(lái)源非常豐富，價(jià)格非常便宜，微生物很容易侵蝕淀粉，因此可以將淀粉作為生物降解材料。根據(jù)不同配比混合天然淀粉和水以及多元醇等，有利于提高天然淀粉的熱塑性。對(duì)比普通塑料，熱塑性淀粉具有較低的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)又缺乏耐水性。共混PBAT和淀粉之后，可以改善淀粉的加工流動(dòng)性和力學(xué)性能等，可以實(shí)現(xiàn)完全降解。添加了甘油和水等增塑劑，可以進(jìn)一步塑化淀粉。淡粉用量發(fā)生改變，也會(huì)改變共混物的綜合性能。通過(guò)加入增溶劑，可以改善PBAT和淀粉的相容性。加入淀粉和增溶劑之后，將會(huì)提高PBAT結(jié)晶溫度，進(jìn)而降低結(jié)晶度。加入了PBAT之后，可以改善TBS和PBAT復(fù)合材料熔體流動(dòng)性，此外復(fù)合材料的耐水性也會(huì)因此改善，提高拉伸強(qiáng)度和拉伸斷裂性[3]。

2.2 共混PBAT和無(wú)機(jī)粉體

超細(xì)活性碳酸鈣具有極小的粒徑，同時(shí)具有較高的活性，因此具有良好的補(bǔ)強(qiáng)性，可以用于制作橡膠和塑料等，可以是制品拉伸強(qiáng)度和耐磨性因此提高，實(shí)現(xiàn)發(fā)泡橡膠發(fā)泡的均勻性，可以作為涂料和油墨等填充劑。共混PBAT和超細(xì)活性碳酸鈣無(wú)機(jī)粒子，可以制備可降解材料，在混合物中加入相容劑，混合物物理力學(xué)性能因此得到改善，可以快速降解材料，節(jié)省整體工作成本，可以制作為包裝袋和農(nóng)膜等制品?？刂瞥?xì)碳酸鈣含量為10%，可以改善共混物的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)有利于提高斷裂伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度。如果超細(xì)碳酸鈣含量為20%，可以進(jìn)一步優(yōu)化材料性能。

2.3 共混PBAT和非降解聚合物

PLA缺乏耐熱性，而PC具有良好的熱穩(wěn)定性，但是二者缺乏相容性，共混之后不利于改善斷裂伸長(zhǎng)率。而PBAT具有柔順性和耐沖擊性，可以改善PLA脆性。實(shí)現(xiàn)PLA和PC以及PBAT三元共混，具有良好的相容性，同時(shí)可以保障共混物的力學(xué)性能，在生產(chǎn)過(guò)程中利用兩步法和側(cè)喂料加料法，材料斷裂伸長(zhǎng)率可以顯著提高。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)共混改性，可以改善PBAT性能，降低生產(chǎn)成本。PBAT共混于天然高分子和可降解聚合物等，可以改善材料性能。今后發(fā)展過(guò)程中，將會(huì)提高PBAT的綜合性能，加大的降低制品價(jià)格，逐步取代傳統(tǒng)塑料材料，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。