硅烷接枝PBAT對PLA/PBAT共混物性能的影響

中圖分類號：TQ321.2 文獻標志碼：A 文章編號：1004-0935（2025）06-0901-04

隨著“雙碳”目標的提出，環境友好型的可降解材料受到了科研工作者們廣泛關注。聚乳酸（PLA）又稱聚丙交酯，它是一種脂肪族聚酯，其原料由植物資源提取合成[1]。PLA具有良好的光澤性、透明性、阻隔性和高拉伸強度等優點，還具有生物相容性、生物無毒性和生物降解特性等特點，被廣泛地應用于生物醫療、環保制品和3D打印等多個領域。盡管PLA的優點頗多，但其在疏水性和韌性等方面仍顯不足[2-5]

聚對苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯（PBAT）由聚對苯二甲酸-丁二醇酯（PBT段)和聚己二酸-丁二醇酯（PBA段）組成，既具備PBT段的剛性，又具備PBA段的柔性，因此PBAT具有良好的沖擊韌性和熱穩定性[，又因其具有生物降解性，被廣泛應用在農用地膜和可降解包裝袋等領域。但PBAT存在拉伸強度低、水氣阻隔性差等問題，其應用受到一定限制[7-9]。

為改善PLA韌性不足和PBAT拉伸強度低等問題，進一步擴展全降解材料的應用領域，將二者共混是目前研究的熱點之一[10-11]。由于PLA與PBAT的結構差異，共混后材料出現分層或剝離等現象[12]為了更好地實現PLA與PBAT的性能互補，改善二者之間的界面相互作用顯得尤為重要[13]。

通過紫外光引發接枝聚合的手段，制備了硅烷接枝PBAT（PBAT- g. -KH），并將其用于PLA/PBAT共混物之中，以期改善共混物中各組分之間的界面相互作用，從而提高共混物的力學等性能。

1 實驗部分

1.1材料

γ? -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，分析純，純度 98% ，南京經天緯有限公司；甲醇，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；占噸酮，純度 ?98% 山東西亞化學工業有限公司；PBAT、TH801T，新疆藍山屯河聚酯有限公司。

1.2 設備和儀器

NicoletMiS20傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），使用 SmartiTR^m 衰減全反射（ATR）采樣附件，美國賽默飛世爾科技公司；BrukerAvanceIIIHD（500MHz）核磁共振波譜儀（NMR），布魯克科技公司；XSS-300轉矩流變儀，上?？苿撓鹚軝C械設備有限公司；WZS10D立式微型注塑機，上海新碩精密機械有限公司；A1-7000-MUT萬能拉伸試驗機、GT-HV2000W維卡軟化點測試儀，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司；GT-7045-MDL懸臂梁沖擊試驗機，高鐵科技股份有限公司。

1.3 硅烷接枝PBAT的制備

先將PBAT干燥 12h 備用。將硅烷單體和光引發劑占噸酮溶解于一定量的甲醇中配制成反應液。再將PBAT與反應液放人光化學儀器中，在真空條件和 60°C 下用紫外光輻照 1h 。反應終止后，濾出產物，將反應后的產物放入索氏抽提器中洗滌，除去未反應的單體和均聚物，然后在烘箱中干燥至質量不發生改變。最后，將處理好的產物用于紅外光譜和核磁共振氫譜分析。

1.4PLA/PBAT共混物的制備

PLA/PBAT共混物配方表如表1所示。在轉矩流變儀中分別加入PLA、PBAT和PBAT- ?g-KH 。在170‰ 、 60rmin^-1 條件下混合均勻后制成粒料。將制備好的粒料用小型注塑機注塑成啞鈴狀拉伸樣條沖擊樣條和彎曲樣條，料筒溫度為 180°C ，保壓時間為 6s 。制備的拉伸樣條符合GB/T1040-1BA標準，沖擊樣條符合GB/T1843-1A標準，彎曲樣條符合GB/T9341標準。

1.5 結構表征與性能測試

將純PBAT和接枝產物用紅外全反射附件（ATR）采樣，對得到的紅外光譜進行處理分析。

將純PBAT和接枝產物用氘代氯仿分別溶解于標準核磁管中，使用 500MHz 頻率進行核磁共振氫譜的測試，得到PBAT和接枝產物的核磁共振氫譜，將 ¹HNMR 用MestReNova軟件進行分析。

依據國家標準GB/T1040.1—2018測試樣品的 拉伸強度，拉伸速度為 50mm?min^-1 。依據國家標準 GB/T1843—2008測試樣品的懸臂梁缺口沖擊強度， 缺口類型為A型，擺錘沖擊能量為 2.75J 。依據國 家標準GB/T9341—2008測試材料的彎曲強度，彎 曲速率為 2mm?min^-1 。

依據國家標準GB/T1633—2000中的A50方法測試樣品的維卡軟化點，升溫速率為 50^qC?h^-1 ，壓針頭總推力為 10N 。

2 結果與討論

2.1 接枝產物的FT-IR分析

PBAT及PBAT- 的紅外光譜圖如圖1所示。由圖1可以看出，接枝前PBAT在2953、 2 871cm^-1 處為脂肪鏈C一H和芳香環上C—H的伸縮振動峰，1711cm^-1 附近為 C=0 的伸縮振動峰， 1268cm^-1 附近為酯基中C—O的彎曲振動峰， 726cm^-1 附近為苯的—CH彎曲振動峰[14-15]。接枝反應完成后，圖1中PBAT- 在1086、 817cm^-1 附近出現了—Si—O—C的特征峰，說明接枝反應成功，同時在 1638cm^-1 附近沒有出現硅烷中 C=C 的特征峰，說明在紫外光引發接枝聚合反應的過程中，硅烷通過 C=C 被打開而接枝到了PBAT大分子鏈上，證明硅烷在紫外光照射下被成功地接枝到了PBAT分子鏈上。

2.2接枝產物的'HNMR分析

使用CDCl作為溶劑進行PBAT及接枝物的核磁共振氫譜分析，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，PBAT由PBT段和PBA段組成，在 ¹H NMR中溶劑 CDCl₃ 的共振峰化學位移是δ=7.26 ，PBT段中1（化學位移 δ=8.1 ）、2（化學位移 δ=4.38 ）、3（化學位移 δ=1.96 ）分別代表苯環上氫原子和亞甲基上氫原子的共振峰。PBA段中4（化學位移 δ=2.29 ）、5（化學位移 δ=1.72 ）6（化學位移 δ=4.14 ）、7（化學位移 δ=1.65 ）分別代表己二酸中亞甲基和丁二醇中亞甲基上氫原子的特征峰[16]。接枝產物中出現了新的特征峰8（化學位移 δ=3.48 ），該特征峰來自接枝物上Si—O— ?CH₃ 中的氫原子，證明了接枝反應的成功。

2.3 硅烷接枝PBAT對PLA/PBAT共混物力學性能的影響

為了探究接枝產物作為界面相容劑對PLA/PBAT共混物力學性能的影響，制備了不同接枝物含量的PLA/PBAT共混物，測試了PLA/PBAT共混物的拉伸強度、沖擊強度和彎曲強度，結果如圖3所示。

由圖3可以看出，相比于未加接枝物的共混物(PLA/PBAT)，加人 2% 的硅烷接枝PBAT后，共混物（PLA/PBAT/2G）的拉伸強度和沖擊強度均得到明顯提高，硅烷接枝PBAT起到了提高共混物中組分間界面相互作用的效果。

接枝物在PLA/PBAT共混物中的作用機理如圖4所示。由圖4可以看出，接枝物中的烷氧基團在空氣中痕量水的存在下能夠水解成硅醇基團，見圖4中（1），硅醇基團上的羥基能夠與共混物中PLA及PBAT上的翔基形成氫鍵，見圖4中（2），從而能夠改善共混物中各組分之間的界面相互作用，導致共混物的拉伸強度及沖擊強度提高。

當接枝物含量較低時（PLA/PBAT/G，接枝物質量分數為 1% )，共混物的拉伸強度、沖擊強度和彎曲強度均較未加接枝物前下降，其原因可能在于如下兩個方面：其一，體系中接枝物含量不足，不能充分改善PLA及PBAT兩組分之間的界面相互作用；其二，接枝物是采用光引發接枝聚合反應的手段制備的，制備過程中可能會存在被接枝PBAT某種程度降解的情況，使得接枝物本身力學性能劣化，其加入共混物中后，導致共混物力學性能變差。共混物中接枝物含量提高以后（ 2% ），界面間相互作用得到加強，不但彌補了降解帶來的性能劣化，還加強了共混物中各組分之間的界面相互作用，使復合材料的拉伸和沖擊強度明顯提高。

2.4 硅烷接枝PBAT對PLA/PBAT共混物熱穩定性的影響

添加接枝物前后共混物的維卡軟化溫度如表2所示。由表2可以看出，未加接枝物的PLA/PBAT共混物的維卡軟化溫度為 60.3°C ，加入不同含量的接枝物后，共混物的維卡軟化溫度分別提升至71.9、75.4 °C 。維卡軟化溫度的提高，說明加入接枝物后共混物達到相同形變所需的溫度更高，表明含有接枝物的共混物通過鏈段運動而發生形變變得更加困難，從而進一步說明了接枝物增強了共混物中各組分之間的界面相互作用。接枝物質量分數為 2% 時的維卡軟化溫度更高，說明接枝物質量分數為 2% 時，共混物中各組分之間的界面相互作用更強，這與力學性能測定的結果相一致。

3結論

1)通過紫外光引發接枝聚合反應的方式，可以成功地將硅烷接枝到PBAT上。

2）接枝物可以增強PLA/PBAT共混物中各組分間的界面相互作用，提高共混物的拉伸強度和沖擊強度，提高共混物的維卡軟化溫度。

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Effect of Silane-Grafted PBAT on Properties of PLA/PBAT Blends

LI Xiang， TIAN Yajuan

(ShenyangUniversityof Chemical Technology，ShenyangLiaoning11o142， China)

Abstract:Silane was graftedontoPBATbymeans ofUV-induced graftingpolymerization Silane-grafted PBAT wasthenapplied to PLA/PBATblends.Theefectsoftegraftontemechanicalproprtisandheatresistanceofteblendswreivestigated.F-Rand ¹H NMRanalysis results showed thatsilane wassuccessull graftedontoPBAT.The mechanical properties studyresultsshowed that the tensile strength and impact strength of the blend with 2% graft were increased， and the Vica softening temperature was also significantly increased. Silane-grafted PBAT improved the interface interaction in PLA/PBATblend. KeyWords: Silane-graft PBAT; PLA; PBAT; Interface;Mechanical properties; Heat resistance