PBS對兩種新型聚乳酸復合材料性能的影響

酒巧娜，盧玉獻

(1.蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060； 2.武漢興天宇環境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

聚乳酸(PLA)以可再生的植物資源為原料合成的一種熱塑性脂肪族聚酯,是一種公認的優良的可完全降解材料，但聚乳酸在性能上也存在著不少缺點[1-2]。例如呈脆性，抗沖擊性差，加工熱穩定性及氣體阻隔性差等問題。為了提高聚乳酸的綜合性能，人們通過加入其他物質來改變其性能,擴大其應用范圍[3]。而凹凸棒黏土(ATP) 納米棒狀或纖維狀結構具有優異的補強性能，較好的吸附性能，表面具有大量羥基有利于表面改性[4-5]。聚丁二酸丁二醇酯，由丁二酸和丁二醇經縮合聚合合成而得，簡稱PBS，樹脂呈乳白色，無嗅無味，易被自然界的多種微生物或動植物體內的酶分解、代謝，最終分解為二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。但PBS自發現以來，合成高分子量的PBS始終是一個關鍵難點，而低分子量的該類聚酯熔點較低，機械物理性能差，從而制約了其應用[6]。因此結合這三種材料的優點，改善其缺點具有較高的研究意義。

本研究分別以聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯(簡稱：PBS)及聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯與改性凹凸棒石黏土為原料，采用融共混法[7]制備出PLA/PBS與PLA/PBS/AT兩種新型復合材料。比較了聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯與聚乳酸/凹凸棒石黏土/聚丁二酸丁二醇酯這兩種復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、沖擊強度與熱變形溫度變化趨勢。

1 試驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

凹凸棒石黏土(JC-J503)，江蘇玖川納米科技有限公司；聚丁二酸丁二醇酯(擠出級)，安徽安慶和興化工有限公司；聚乳酸(2002D)，美國Natureworks公司。

JC-25D電子沖擊機，承德精密試驗機有限公司；S-3000N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司； RJ-LDL-50A，低速立式大容量離心機；SWB-300C/D負荷熱變形溫度測定儀，上海斯爾達科學儀器有限公司；SX2-8-10電阻爐，上海意豐電爐有限公司Diamond DSC，PerkinELmer；CMT-4303微機控制電子萬能試驗機，美斯特工業系統(中國)有限公司； STA 409 PC同步熱分析儀，耐持儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 凹凸棒石黏土的預處理

用2.5 mol/L的NaOH溶液浸泡一定量的純化凹凸棒石黏土48h，用去離子水洗滌至pH值為8～9，之后放入真空干燥箱中，在 105℃的條件下干燥12h，最后將干燥好的凹凸棒石黏土磨細，稱取6g預處理好的凹凸棒石黏土待用。

1.2.2 凹凸棒石黏土的改性

將稱取好的6g預處理好的凹凸棒石黏土，0.0075g的辛酸亞錫、15g的丙交酯，加入盛有150mL二甲苯的錐形瓶進行混合，并將干燥的高純氮氣通入其中做保護。然后將盛有混合物的錐形瓶放入油浴鍋中，緩慢加熱到140℃。充分反應后，將其冷卻至室溫，然后將混合物放入RJ-LDL-50A低速立式大容量離心機中進行分離，之后用二氯甲烷洗滌改性的凹凸棒石黏土，將未接枝到凹凸棒石黏土上的物質去除，最后把改性好的凹凸棒石黏土置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h。

1.2.3 聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料的制備

將稱取好的PBS與PLA放入微型雙螺桿擠出機中，在一定的溫度、轉速下熔融共混一段時間，最后在微型注塑機(MiniJet)中注塑成型。

1.2.4 聚乳酸/凹凸棒石黏土/聚丁二酸丁二醇酯復合材料的制備

稱取一定質量的的聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、低聚乳酸接枝凹凸棒石黏土，攪拌均勻后放入微型雙螺桿擠出機中在一定的溫度、轉速等條件下熔融共混一段時間，最后在微型注塑機(MiniJet)中注塑成型。

2 結果與討論

2.1 拉伸強度對比

圖1 兩種復合材料拉伸強度對比

從圖1可以發現， PBS的含量越少，兩種復合材料的拉伸強度反而越大，當加入的PBS的質量分數達到25/%時，兩種復合材料的拉伸強度變化趨于平緩。這是因為在以PLA為基材的復合材料中， PBS含量大時呈現連續的海帶行結構，而PBS含量少時分散為海島性結構，當PBS含量增加時，兩種材料發生一定程度的交聯及其它化學反應，從而拉伸強度的下降趨勢得到緩解，并且保留了較好的增韌。

2.2 斷裂伸長率對比

圖2 兩種復合材料斷裂伸長率對比

由圖2可以發現，當PBS含量較少時，加入低聚乳酸接枝凹凸棒石黏土后的PLA/PBS/AT復合材料的斷裂伸長率比PLA/PBS復合材料要大，但當PBS含量大于10 /%，PLA/PBS/AT復合材料的斷裂伸長率比PLA/PBS復合材料要小。這是因為PBS含量較少時， PBS產生協同增韌作用導致加入低聚乳酸接枝凹凸棒石黏土的復合材料的斷裂伸長率增加，而隨著PBS含量的增加，協同增韌作用減少所致。

2.3 沖擊強度對比

從圖3可以發現，隨著PBS的加入，PLA/PBS復合材料的沖擊強度基本保持不變狀態，當PBS含量增加到10 /%后，復合材料的沖擊強度逐漸增長。在PBS含量較少時，PLA/PBS/AT復合材料的沖擊強度較PLA/PBS復合材料有顯著的增強。這是因為剛開始PBS在體系中含量較少，PLA在體系中占主導作用。而隨著PBS含量的增加，PBS與PLA互溶交聯，增加了體系的塑性，從而導致材料的沖擊強度增大。

圖3 兩種復合材料沖擊強度對比

2.4 熱變形溫度測定

圖4 兩種復合材料的熱變形溫度對比

由圖4可以看出，隨著PBS的加入PLA/PBS復合材料較PLA/PBS/AT復合材料的軟化點高， PBS的加入量越多，兩種復合材料的熱變形溫度也越升高。這表明加入PBS后，復合材料的耐熱能力顯著提高了。

3 結論

通過考察聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯與聚乳酸/凹凸棒石黏土/聚丁二酸丁二醇酯這兩種復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、沖擊強度與熱變形溫度，發現：加入的PBS的含量越少，兩種復合材料的拉伸強度反而越大；當PBS含量較少時，加入低聚乳酸接枝凹凸棒石黏土后的PLA/PBS/AT復合材料的斷裂伸長率比PLA/PBS復合材料要大，但當PBS含量大于10/%，PLA/PBS/AT復合材料的斷裂伸長率比PLA/PBS復合材料要?。浑S著PBS的加入，PLA/PBS復合材料的沖擊強度基本保持不變狀態，當PBS含量增加到10/%后，復合材料的沖擊強度逐漸增長。在PBS含量較少時，PLA/PBS/AT復合材料的沖擊強度較PLA/PBS復合材料有顯著的增強；隨著PBS的加入PLA/PBS復合材料較PLA/PBS/AT復合材料的軟化點高，且隨著PBS的加入兩種復合材料的熱變形溫度逐漸升高。