淀粉的改性及其对淀粉/PBAT/碳酸钙复合材料结构和性能的影响

采用甘油、六偏磷酸钠(SHMP)和聚乙二醇(PEG)改性木薯淀粉并制备改性淀粉/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)/碳酸钙复合材料,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TG)等对改性淀粉和复合材料进行分析,研究改性淀粉对复合材料结构和性能的影响。结果表明,甘油的外增塑作用和PEG、SHMP的内增塑作用使淀粉化学结构改变、无定形成分增加,淀粉颗粒由饱满的圆球状变成了不规则的大颗粒,250℃前稳定性提高,250℃后稳定性降低,有利于使用加工和热分解,不同改性剂改性淀粉结晶熔融行为存在差异;复合不会改变PBAT、碳酸钙和淀粉的原有晶型,但相容性的差异导致复合材料热性能和力学性能的差异,改性淀粉增加了复合材料的韧性,甘油、SHMP和PEG的协同改性使淀粉与PBAT、碳酸钙的相容性最佳,复合材料的综合性能最好。

木质素在合成可降解高分子材料中的应用研究进展

简述了木质素的结构、特性和分类情况,并综述了近年来国内外使用木质素来增强和改善聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯、聚乳酸、聚己内酯和聚丁二酸丁二酯等合成可降解高分子材料性能的研究进展。指出木质素与合成可降解高分子材料复合可以赋予复合材料多种功能特性,如紫外屏蔽、抗菌、阻隔等,并能改善材料的生物降解性能,同时实现降本增效的目标。最后提出当前木质素与合成可降解高分子材料复合材料工业化生产应用存在的问题,并对木质素基全生物降解复合材料的未来研究趋势进行展望。

基于废弃PET的环氧超支化聚酯扩链剂应用性能

以废弃聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的降解产物为核心,制备了环氧超支化聚酯扩链剂(EHBP),探究了该扩链剂对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯/聚乳酸/碳酸钙(PBAT/PLA/CaCO_(3))三元复合材料微观结构、热性能、力学性能的影响。结果表明,以PET降解产物制备的EHBP对复合材料有明显的增容作用。扩链剂中的高活性环氧基团能够与PBAT和PLA上的端羧基、端羟基发生开环加成反应,形成扩链大分子以增强PBAT和PLA之间的界面相互作用。当EHBP添加量达到0.6份时,可以明显观察到两相间变得模糊、孔洞减少。缺口冲击强度由6.48 kJ/m^(2)增加到43.02 kJ/m^(2),拉伸强度由10.15 MPa增加到24.59 MPa,断裂伸长率由11.8%增加到56.72%。

木质素/PBAT复合材料的性能提升与应用研究进展

木质素作为可再生自然资源,具有多种高附加值的功能特性,将其与可生物降解高分子聚合物复合是其转化利用的重要途径之一。然而,木质素的异质性限制了其在复合材料中的开发和利用,采取针对性的策略和方法生产高附加值的木质素基可生物降解复合材料至关重要。本文主要阐述了高性能木质素/聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)复合材料的不同制备策略,如添加增容剂、木质素的溶剂分级、纳米化和化学改性等,进一步总结了该复合材料在紫外屏蔽、水蒸气/氧气阻隔和抗菌等方面的潜在应用,并对木质素/PBAT复合材料所面临的挑战和未来发展方向进行总结和展望。

氯化锂/丙三醇改性玉米淀粉/聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯复合材料的结构与性能

为制备具有良好综合性能的淀粉(CS)/聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)共混材料,以氯化锂(LiCl)和丙三醇(Gly)构建新型复合改性剂,提出了一步共混制备改性CS/PBAT共混材料的新方法。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、力学性能测试等考察了复合改性剂中LiCl对淀粉的作用效果,探究了复合改性剂对CS/PBAT共混材料结构和性能的影响。结果表明,Gly/LiCl复合改性剂中LiCl的引入能够增强改性剂与淀粉羟基和PBAT酯基之间的电子相互作用,进一步破坏淀粉的氢键和颗粒结构,从而降低CS/PBAT的结晶度,改善淀粉与PBAT的相容性,提高共混材料的韧性、耐水性和降解性能,表现出比单纯丙三醇改性更好的作用效果。采用Gly和LiCl质量比10:1的复合改性剂,在CS和PBAT质量比为50:75时改性CS/PBAT共混材料具有优良的力学性能,其断裂伸长率从改性前的21.9%提高到了271.7%,拉伸强度从改性前的13.4 MPa变为10.8 MPa,下降不大,显示出良好的改性作用。

表面修饰凹凸棒土填充PBT基复合材料的力学性能

通过水浴法,采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)对凹凸棒土(ATP)进行表面修饰。以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为基体,经熔融插层共混,制备PBT基ATP复合材料。研究了ATP的晶型结构、表面形貌以及分散特性。通过拉伸性能、缺口冲击强度测试对复合材料的力学性能进行评估,并分析了复合材料的拉伸断口形貌,探讨了ATP对PBT基体的增强机制。结果表明:ATP为典型的纤维棒状结构,表面凹凸不平,直径为30 nm左右,基于ATP表面存在的羟基,经脱水缩合KH-560成功接枝到ATP表面,并促使ATP晶面间距增大,晶粒度发生细化,使其分散特性得到改善,表面改性剂与PBT分子链之间相互渗透,形成具有一定厚度的柔性界面层,两相之间的界面黏附特性增强。对于3%(除特殊说明外,均为质量分数)酸洗后的ATP和KH-560表面修饰的ATP填充的PBT基复合材料,它们的拉伸强度分别为58.1 MPa与61.4 MPa,相对于纯PBT分别提升了13.3%与19.7%。

改性纤维素纳米晶/PBAT复合材料的制备与性能

针对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)力学性能和阻隔性能不佳的问题,采用醇-水溶液法制备了硅烷偶联剂改性的纤维素纳米晶(MCNC),将其作为填料与PBAT熔融共混获得MCNC/PBAT复合材料,考察了MCNC含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,MCNC抑制了PBAT分子链运动,降低了PBAT的结晶度,MCNC的质量分数为1%时,PBAT的结晶度降低至5.8%,另一方面,MCNC又可以通过异相成核促进PBAT结晶,显著提升了PBAT的结晶温度。少量MCNC可以在PBAT基体中均匀分散,增加复合材料的热稳定性,当MCNC的含量较高时,MCNC发生团聚,复合材料的热稳定性下降。当MCNC的质量分数为0.5%和1%时,复合材料的断裂伸长率由未加MCNC的446%升高至502%和478%;继续提高MCNC的添加量,MCNC/PBAT复合材料的断裂伸长率低于纯PBAT,这主要是因为高浓度的MCNC与PBAT间形成的刚性渗透网络结构增强了材料模量,降低了材料韧性。与纯PBAT相比,当MCNC的质量分数为1%时,复合膜的O2透过量和水蒸气透过量分别下降了31.1%和37.6%。

PBAT/没食子酸酯化纳米纤维素复合膜的制备及性能

本文以自制三乙酰基没食子酰氯为单体,以1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑离子液体为溶剂,调节反应物的质量分数,控制反应条件,通过溶液反应,制备高取代度的改性纤维素;而后控制再生条件,并脱乙酰化,制备了高取代度的没食子酸酯化纳米纤维素(PHNC10-1)。傅里叶红外光谱仪(FTIR)、元素分析和原子力显微镜(AFM)证明了PHNC10-1的成功制备。随后将PHNC10-1引入聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT),通过溶液浇铸的方式制备复合膜。拉伸性能测试表明,当PHNC10-1的质量分数为2%时,复合膜的拉伸性能最优,与PBAT膜相比,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了4.5%和7.0%;继续增加PHNC10-1的质量分数,PHNC10-1在基体中团聚,导致复合膜的拉伸性能下降。热重分析和热氧老化实验表明,PHNC10-1可有效地提升PBAT的热氧稳定性。

聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯/聚乳酸可降解复合材料的制备及其性能研究

以聚对苯二甲酸–己二酸丁二醇酯(PBAT)为原料,添加不同量的聚乳酸(PLA),通过双螺杆熔融共混制备了PBAT/PLA复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪和热重分析仪分别对材料复合前后的化学官能团、熔融和结晶性进行了分析研究。不同原料配比的复合材料最终通过注塑成型制备成长条状样条,在额定拉伸应变条件下分别进行了拉伸强度试验。结果表明:纯PBAT结晶性较差,当添加PLA和相容剂ADR4370S后,PBAT/PLA复合材料结晶性得到改善,在降温时出现了明显的结晶峰;PBAT/PLA复合材料的拉伸强度随PLA添加量的增加而显著增大,纯PBAT样条的拉伸强度仅为11.456MPa,当m(PLA):m(PBAT+PLA)为20%时,PBAT/PLA复合材料的拉伸强度可达15.491MPa,较纯PBAT样品提高了35%。

PLA/PBAT共混体系的反应性增容

将高强度、高模量的聚乳酸(PLA)与高韧性的聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)共混制备复合材料时,界面相容性较差,综合力学性能不高。采用马来酸酐(MAH)、2,2′-(1,3-亚苯基)二噁唑啉(BOZ)作为增容剂,通过反应性增容提高PLA/PBAT体系的相容性,探讨了MAH和BOZ的最佳用量。并通过力学性能测试、傅里叶红外光谱、差示扫描量热法、熔体质量流动速率测定,印证和对比MAH、BOZ对PLA/PBAT体系的增容效果。结果表明,MAH和BOZ与PLA/PBAT发生了化学反应,增加了PLA与PBAT之间的相互作用,提高了复合材料的综合力学性能,与PLA/PBAT相比,增容改性后复合材料拉伸、冲击强度、断裂伸长率最高分别提高了13.72%、139.67%、122.12%。增容改性使分子间相互作用增强,结晶度和熔点最多分别降低了10.87%和2.8℃。改性后熔体的流动性降低了,熔体质量流动速率最多降低了4.58 g/10min。综合比较,BOZ的增容效果优于MAH。

基于三种可降解塑料的绿色复合材料研究进展

基于当前木塑复合材料(WPC)最终产物难以降解的问题,对可降解WPC进行研究,围绕可降解WPC的合成、性质和改性进行了讨论。着重介绍了以环保型可降解塑料聚乳酸、聚碳酸亚丙酯和聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯为基体的可降解WPC存在的问题,综述了可降解WPC的改性方法,认为应从环保角度出发进行改性;提出对比传统WPC,可降解WPC可以在功能化材料方向大放异彩;共挤压技术和发泡技术可有效降低可降解WPC的成本;将3D打印技术应用于可降解WPC中,可提供个性化的设计和独特的外观。

功能化纳米纤维素复合PLA/PBAT薄膜的制备及性能

以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)为改性剂对纤维素纳米纤维(CNF)进行功能化改性,并用聚丙二醇(PPG)对改性后的CNF进行包覆,制备了CNF-PPG纳米粒子。将其作为填料加到聚乳酸(PLA)/聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)聚合物基体中,用溶液浇铸法制备了PLA/PBAT/CNF-PPG复合薄膜。通过FTIR、XPS、SEM、DSC、TG对薄膜进行了表征,探讨了PLA与PBAT的质量比及CNF-PPG纳米粒子的添加量对复合薄膜机械强度、热稳定性、阻隔性能的影响。结果表明,PLA/PBAT薄膜比纯PLA薄膜具有更高的韧性和热稳定性;当m(PLA)∶m(PBAT)=90∶10、CNF-PPG纳米粒子用量(以PLA和PBAT的质量为基准,下同)为10%时,PLA/PBAT/CNF-PPG(90/10/10)复合薄膜的拉伸强度达到(33.38±0.64)MPa,断裂伸长率为39.97%±0.67%;复合薄膜最终降解温度从纯PLA膜的394℃提高到435℃;复合薄膜的水蒸气和氧气透过系数分别为4.98×10^(–14)g·cm/(cm^(2)·s·Pa)和8.86×10^(−14)cm^(3)·cm/(cm^(2)·s·Pa),与纯PLA膜相比,分别降低了33.6%和23.5%。

不同粒径氧化锌以及改性纳米氧化锌对多功能PBAT复合膜的影响

采用溶剂铸膜法制备了聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)/聚乳酸(PLA)/对苯二甲酸二辛酯(DOTP)/氧化锌(ZnO)复合膜材料,并通过硬脂酸改性纳米ZnO,探讨了不同粒径ZnO以及改性纳米ZnO对复合薄膜力学性能、热性能、疏水性能、耐抽出性能以及抗菌性能的影响。结果表明,通过硬脂酸代替纳米ZnO表面的羟基极性基团,复合膜的耐抽出性能提高。硬脂酸的长链烷基与高分子链的链纠缠改善了改性纳米ZnO与PBAT的相容性。随着ZnO粒径的减小以及改性纳米ZnO含量的增大,复合薄膜的热性能有所下降,但耐抽出性能提高。拉伸强度提高,最高达到13.8 MPa。复合膜的疏水性能得到改善,接触角最高达到110°,复合膜材料的抑菌区域增大,抗菌性能有所增强。

NBR-g-(GMA-co-St)的制备及其对PBT/PP复合材料的性能影响

以丁腈橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯-苯乙烯共聚物[NBR-g-(GMA-co-St)]为相容剂,制备了聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚丙烯(PBT/PP)复合材料。通过傅利叶红外光谱仪(FT-IR)对丁腈橡胶接枝物进行结构分析,通过力学、动态力学分析(DMA)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对复合材料进行表征。结果表明:接枝过程中加入与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)同质量比的苯乙烯能有效地提高相对接枝度,降低交联度;NBR-g-(GMA-co-St)具有增韧作用,添加NBR-g-(GMA-co-St)使PBT/PP复合材料的冲击强度上升,拉伸强度下降;NBR-g-(GMA-co-St)的加入使分散相粒子尺寸变小,改善了复合材料的相容性;相容剂的加入降低了复合材料的熔融温度和结晶温度。

PBT/PETG/纳米氧化锌复合材料的制备与抗菌性能

为制备一种具有抗菌性能的复合材料,采用熔融密炼法制备了不同含量纳米氧化锌的聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)/聚对苯二甲酸乙二酯-1,4-环己烷二甲酯(PETG)/纳米氧化锌抗菌复合材料。考察了不同粒径纳米氧化锌的抗菌效果及含量对复合材料抗菌性能的影响,并通过紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、涂布平板法及动态水接触角等方法对纳米氧化锌及复合材料进行表征分析。结果表明,所制备的纳米氧化锌均为六方纤锌矿结构,且油酸钠与乙酸锌的物质的量比值越大,所制纳米氧化锌的粒径越小,分散性越好,抗菌效果越强。随着纳米氧化锌添加量的增多,抗菌复合材料表面对细菌的黏附性变小。当氧化锌的质量分数为0.2%时,抗菌复合材料对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌抗菌率分别为23.21%,62.41%,已经具备抑菌效果,同时材料表面水接触角由原来的84.7°变为95.1°。纳米氧化锌的质量分数为0.5%时,抗菌率分别为86.79%,89.47%,相较于0.2%时有较大提升。当纳米氧化锌的质量分数为1%时,复合材料对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为95.71%与98.50%,均符合抗菌材料的要求。

生物可降解PBAT的合成方法与结构特性及降解机理

介绍了聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)的合成方法、结构特性及降解机理。PBAT结合了芳香族聚酯优异的加工性和脂肪族聚酯的可降解性,具有较好延展性、耐热性和冲击性能,可完全降解。PBAT力学性能较低,目前大多采用原位聚合、熔融共混及溶剂浇铸等方法向PBAT中添加填料制备复合材料来改善其力学性能,而PBAT基复合材料工业化进程较缓,建议采用熔融共混法时应重点关注PBAT的高黏度对填料分散性的负面影响。PBAT主要通过自然环境中细菌等酶促进的分解作用和热降解等非酶作用进行降解,在降解过程中影响因素较多,尤其是PBAT基复合材料中填料的引入会导致降解机理更为复杂。在改善PBAT基复合材料力学性能的同时,保持其高效的生物降解性能将会是未来研究的重点方向之一。

原位聚合制备玻璃纤维/PCBT复合材料及其性能研究

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)原位聚合制备了玻璃纤维(GF)增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。研究了聚合温度及催化剂用量对PCBT粘均分子量、结晶度以及GF/PCBT复合材料力学性能的影响。结果表明,随着聚合温度的升高,PCBT的粘均分子量及结晶度逐渐增大并趋于稳定,GF/PCBT复合材料力学性能也不断增大;当聚合温度为210℃时,PCBT的粘均分子量为7.16×104 g/mol,结晶度为43.9%,GF/PCBT复合材料的拉伸和弯曲强度分别为(271.44±3.40)和(257.70±3.73)MPa。随着催化剂用量的增大,PCBT的粘均分子量和结晶度逐渐增大并趋于稳定,复合材料力学性能不断增强;当催化剂用量为0.4%(质量分数)时,PCBT的粘均分子量为7.13×104 g/mol,结晶度为44.4%,GF/PCBT复合材料的拉伸和弯曲强度分别为(265.10±3.31)和(260.30±2.03)MPa。

PBT/埃洛石纳米管复合材料的结构与性能

采用熔融共混的方法,制备了聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)/埃洛石纳米管(HNTs)复合材料,并对PBT/HNTs复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,随着HNTs用量的增加,复合材料的拉伸性能、弯曲性能和维卡软化温度明显提高,但是缺口冲击强度有所降低。动态力学性能分析表明:HNTs的加入使得复合材料的储能模量上升,力学损耗降低。差示扫描量热分析表明:HNTs的加入提高了体系的结晶温度。扫描电镜结果显示:HNTs能够以纳米尺度均匀地分散于PBT基体中。

PBAT复合材料的改性研究进展

综述了近年来国内外可降解高分子材料(如聚羟基丁酸戊酸共聚酯、聚碳酸亚丙酯、聚丁二酸丁二酯和聚乳酸),天然高分子材料(如淀粉、纤维素和木质素),无机填充物(如蒙脱土、有机黏土、碳纳米管和碳酸钙),以及扩链剂等对聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)复合材料的改性研究进展。通过熔融共混改性,复合材料的力学性能、热性能、熔体黏度和尺寸稳定性有了很大提高。最后对PBAT未来的研究进行了展望。

PBAT/PLA/木质素流延膜的制备、表征及性能研究

首先对木质素进行了结构和粒径尺寸分析,得到的木质素尺寸为微米级,结构中含磺酸基团,分析的物质为磺化木质素。其次,通过熔融挤出制备了聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)/聚乳酸(PLA)/木质素复合材料,将其制备成流延膜,对膜材的热性能、力学性能进行研究。结果表明,通过对碳酸钙的同等份数替代,添加铝酸酯偶联剂的复合材料的结晶温度向高温移动,有利于提高木质素在基体中的分散性和相容性,膜材的纵向拉伸负荷提高了5.2 N,断裂应变提高了261%,撕裂负荷提高了0.6 N。