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。

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%。

蛭石/聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯复合薄膜的制备与性能

以蛭石(VMT)为填料、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)为基体,采用熔融-吹塑法制备了VMT/PBAT复合薄膜,通过向其中添加相容剂聚苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)制备了VMT/PBAT/SMA复合薄膜。对纯PBAT薄膜、VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热性能、流变性能、水蒸气阻隔性能、断面微观结构和力学性能进行了测试。结果表明,与纯PBAT薄膜相比,VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热稳定性降低,相比VMT/PBAT复合薄膜,SMA的添加增强了VMT/PBAT/SMA复合薄膜的热稳定性。相同VMT含量的VMT/PBAT/SMA复合薄膜比VMT/PBAT复合薄膜的结晶度低。相比纯PBAT薄膜,VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率降低,而VMT/PBAT/SMA复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率整体比VMT/PBAT复合薄膜有所提高。VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜水蒸汽透过量都小于800g/(m^(2)·24 h)。VMT/PBAT和VMT/PBAT/SMA复合薄膜水蒸气阻隔性能符合GB/T 35795—2017《全生物降解农用地面覆盖薄膜》的要求。

官能化聚烯烃弹性体增韧PBT

对马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)增韧聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)进行了研究。结果表明,与POE-g-MAH相比较,E-MA-GMA与 PBT之间有更强的界面相互作用,在PBT基体中有更加细微的分散,而且E-MA-GMA的粒子间距明显小于POE- g-MAH,致使PBT/E-MA-GMA共混体系在较低弹性体含量下出现脆/韧转变。

PBT/官能化聚烯烃弹性体共混体系的力学性能与相形态

考察了马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POEgMAH)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMAGMA)对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的增韧作用。结果表明,未接枝的POE弹性体对PBT缺口冲击韧性的改善作用不大。两种官能化聚烯烃弹性体(EMAGMA、POEgMAH)对PBT具有显著的增韧作用。当弹性体用量分别达到8.5%和10%以后,共混物都各自出现明显的脆/韧转变现象。这意味着在达到同样的冲击韧性时,PBT/EMAGMA共混体系的拉伸强度损失较小。SEM显示,PBT/EMAGMA共混体系中分散相具有更细微的分散,有效地诱导PBT基体产生银纹和剪切屈服,消耗大量的冲击能。

聚对苯二甲酸丁二醇酯的改性及功能化研究

综述了近年来国内外聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的改性及功能化研究进展。分类介绍了PBT/弹性体、PBT/聚碳酸酯（PC）、PBT/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等不同共混合金体系,并总结了近年来PBT在阻燃、导热及生物医药上的应用。

聚对苯二甲酸丁二酯/热塑性聚酰胺弹性体合金的抗冲击强度和破坏机理

聚对苯二甲酸丁二酯（ＰＢＴ）与在ＰＢＴ中添加了热塑性聚酰胺系弹性体（ＴＰＡＥ）的ＰＢＴ合金相比，前者的抗冲击强度低，后者的抗冲击强度高，通过偏光显微镜和扫描电镜的观察，在Ｕ型缺口前部区域内的塑性束缚下，ＰＢＴ呈脆性破坏；ＰＢＴ的合金因塑性区域内的空穴化和空穴的变形及空穴之间区域的颈缩和纤维化，有效的吸收了冲击能量，使塑性束缚得到缓解，促进了平面应变状态向平面应力状态转变，最终呈半韧性或韧性破坏。

POE-g-(GMA-Co-St)的制备及其对PBT的共混改性

采用熔融接枝的方法成功制备了苯乙烯与甲基丙烯酸高水甘油酯的共聚物接枝聚烯烃热塑性弹性体[POE-g-(GMA-Co-St)],并以此对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行改性,研究了POE-g-(GMA-Co-St)含量对PBT力学性能、结构以及熔融结晶行为的影响。结果表明:POE-g-(GMA-Co-St)可显著提高PBT的冲击强度,同时随着POE-g-(GMA-Co-St)含量的增加,POE-g-(GMA-Co-St)在PBT基体中的尺寸更小,PBT的结晶度逐渐降低。

环氧官能化ABS核壳比对增韧PBT性能的影响

采用种子乳液聚合的方法,合成了不同核壳比的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料耐冲击改性剂(ABS-g-GMA)。将合成的耐冲击改性剂用于增韧聚对苯二甲酸丁二酯(PBT),考察耐冲击改性剂核壳比对增韧PBT拉伸性能、缺口冲击强度以及相容性的影响。结果表明,耐冲击改性剂的核壳比对增韧PBT有重要的影响。耐冲击改性剂的增韧效果随着其核壳比的增加总体呈现先变好后变差的趋势,当耐冲击改性剂的核壳比为60/40时,增韧PBT的缺口冲击强度最高可达到531.15 J/m。随着耐冲击改性剂核壳比的增加,增韧PBT的断裂伸长率、拉伸屈服强度都有一定程度的降低,但拉伸弹性模量并没有明显变化。增韧PBT中两相的玻璃化转变温度变化不大,耐冲击改性剂的核壳比对增韧PBT两相相容性的影响不大。

回收聚对苯二甲酸丁二醇酯的强韧化与耐热改性

以回收聚对苯二甲酸丁二醇酯(r-PBT)为原料,通过反应性熔融共混制备了r-PBT/环氧化弹性体(EVMG)共混物,并研究了EVMG添加量对r-PBT力学性能的影响规律。结果表明,当EVMG质量分数为20%时,EVMG能够均匀分散于r-PBT中,粒径仅为500 nm,致使r-PBT的缺口冲击强度提高了14倍,断裂伸长率提高了7倍;进一步添加玻璃纤维(GF),使r-PBT/EVMG共混物的拉伸强度和耐热性显著提高;与纯r-PBT相比,添加质量分数为30%GF后的r-PBT/EVMG/GF共混物在保持高韧性的同时,拉伸与弯曲强度提高70%以上,且共混物的热变形温度达到176℃,为回收PBT材料的高值再利用提供了新方法。

光纤松套管用TPEE改性PBT材料的性能及应用

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有较高的强度和硬度,由其制备的光纤二次被覆松套管的抗弯折性能较差。采用以PBT作为刚性硬段和无定型聚四氢呋喃(PTMEG)作为柔性软段制得的热塑性聚酯弹性体(TPEE)对PBT进行改性。研究了不同比例TPEE/PBT共混体系的熔融和结晶行为,并分析了其力学性能变化;同时验证了采用TPEE改性PBT材料制备的光纤二次被覆用松套管的弯曲性能、抗侧压力、轴向热收缩率、油膏相容性、热老化性能。研究结果表明,该类TPEE对PBT有着很好的增韧作用,TPEE改性PBT材料可用作光纤用二次被覆材料,提高松套管的抗弯折性能,以满足用户在光纤接续中对松套管弯曲性能的较高要求。