PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學性能的研究分析

李新樂 衛宏遠

摘 要：應用PBAT對PPC進行共混改性分析，之后對共混物的性能進行分析，對PPC純料和纖維素進行受控堆肥條件下的氧生物分解和崩解能力測試分析。經過一系列的測試分析之后發現同樣時間范圍內PPC生物分解速率要低于纖維素生物的分解速率。

關鍵詞：PBAT;PPC;生物降解材料;熱性能;力學性能

在人類社會持續發展的情況下社會范圍內的環境污染和能源緊缺問題也變得更加嚴重，大量塑料廢棄物的排放嚴重危害了環境，白色污染成為世界范圍內亟待解決的問題。與此同時，多數高分子材料的加工原材料是石油的降解產物，社會的發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生物降解材料成為一種時代發展的必然。二氧化碳和環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，在環境中可以降解成二氧化碳和水，是一種環境友好材料。PBAT是PHA中的一種，是微生物在非平衡狀態下細胞內存儲的碳源和能源物質，一般通過微生物發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、光學活性，在多個領域中都得到了廣泛的應用。為了能夠更好的發揮出PPC/PBAT在各個領域的應用作用，文章現就PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學性能問題進行探究。

1 PPC/PBAT生物降解材料熱性能和力學性能的實驗研究

1.1 器械準備

實驗研究所應用的PLA和PPC分別來自于日本島津公司和中國內蒙古公司，PHBV來自于日本公司。在選擇好材料之后應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進行吹掃。在室內基礎溫度的基礎上按照每分鐘10℃的比例來對樣品進行加溫處理，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， 力學性能測試。應用萬能材料試驗機來對材料進行性能分析，這項分析工作會在250kg的負荷傳感器上和每分鐘20mm的拉伸速度下進行測試。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。在試樣操作的時候對于每一個試樣都至少需要做四個重復性的檢驗分析。

1.3 土壤懸濁模擬環境實驗檢測方式測定共混材料環境生物降解性能

按照規范的標準來收集整理土壤，所采集土壤所在地區沒有降解材料的應用歷史，所收集土壤的基本性質如下所示：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：按照標準選擇100g的土壤放置在經過滅菌處理后的1000mL的無機礦物鹽培養基中，并將材料放置在4℃的環境中攪拌半個小時，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境下可以按照每分鐘120轉的速度震蕩。

2 實驗結果分析

2.1 PPC/PBAT共混物的熱性能和相容性能

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

PPC和PHBV的玻璃化轉變溫度分別是62.2℃、32.9℃和0℃。這三個類型混合物在150℃到180℃之間會出現三重峰的熔融行為。PHBV的熔融雙峰會出現在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共混物的關系分析如圖一所示。C組出現熔融雙峰的溫度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℃的時候會出現玻璃化轉變溫度。在共混合物中組分含量變化的情況下混體系中的Tg數值也會出現規律的變化。

2.2 PPC/PBAT生物降解材料共混體系熱穩定性

PPC/PBAT生物降解材料共混體系熱穩定性會通過熱失重來進行分析，經過分析之后發現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，熱穩定性會增強，由此可以發現PLA的熱穩定性超過PHNV的熱穩定性。

2.3 PPC/PBAT生物降解材料共混體系的力學性能

PLA是典型的玻璃態硬質材料，最高強度能夠達到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。經過應力曲線的變動分析之后發現，PPC的含量越高斷裂伸長率就越大，其中d組的PPC含量為60%，斷裂伸長能夠達到170%的比例，但是強度卻沒有達到3AMPa。由此發現，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，通過力學試驗分析可以發現各個類型的混合物會呈現出一種優勢互補的狀態，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的環境生物降解率不高，在加入PHBV之后能夠有效提升共混物環境生物降解的速率。

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