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/CaCO₃)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%。

二步共混法制备PBAT/PGA材料及其性能

采用二步共混法制备改性聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯/聚乙醇酸(PBAT/PGA)共混物,其中,添加多元环氧化合物(ADR)为扩链剂和反应增容剂。首先通过第一步高温熔融共混(235℃),制备得到PBAT/PGA二元预混物;随后添加ADR进行低温共混(170℃),最终得到(PBAT/PGA)/ADR二步法共混物。并采用常见的一步共混法来制备同样配比的PBAT/PGA/ADR共混物作为比照。研究不同加工方式和ADR添加量对共混物流变行为、微观形貌和拉伸性能等方面的影响。结果表明,采用二步共混法,可在保持较大PGA分散相尺寸的同时,又能兼顾改善PBAT/PGA两相界面相容性。相对于PBAT/PGA(65/35)二元共混物和一步法共混物,二步法共混物在拉伸屈服强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率方面具有更为均衡的性能。如当ADR添加量为0.8份时,(PBAT/PGA)/ADR(65/35/0.8)二步法共混物的拉伸屈服强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率可分别达到11.57 MPa,160.88 MPa和309.5%。此外,测试结果表明,相对于二步法共混物,ADR的扩链/支化反应对一步法共混物流变行为的影响更为显著。

聚酯类颗粒暂堵剂的降解规律及水解机理

考察了盐酸和NaOH水溶液质量浓度、温度对聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)降解性能的影响,通过FTIR、XRD、SEM探究了聚酯类颗粒作为酸压暂堵剂的降解规律和水解机理,并对其封堵性能进行了评价。结果表明,盐酸或NaOH水溶液质量浓度越大,温度越高,PLA、PGA、PBAT完全降解时间越短,在相同质量浓度下,它们在NaOH水溶液中降解比在盐酸中更快;同样条件下,降解速率由大到小的3种聚酯类颗粒暂堵剂排序为PGA>PLA>PBAT。聚酯类颗粒暂堵剂在降解初期,酯基开始水解,颗粒表面出现孔洞,颗粒体积略微减小;随着降解的进行,水解优先发生在无定形区,结晶度增大,羰基指数减小,羟基指数增大,颗粒表面孔洞增多,体积进一步缩小;降解后期,结晶区开始水解,结晶度减小,聚合物分子链大量断裂,直至完全降解。封堵性能(承压能力)由大到小排序为PLA>PGA>PBAT,聚酯类颗粒暂堵剂与水的固液比(g∶L)为150∶1的PLA、PGA、PBAT突破压力分别为11.7、10.9、7.5 MPa;注入聚酯类颗粒暂堵剂的固液比越大,封堵层越致密,承压能力越强。

植物纤维/PBAT复合材料的现状及进展

近年来,为了解决不可降解塑料对环境造成的危害,关于生物降解塑料的研究越来越多。聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)具有较好的生物降解性、延展性及断裂伸长率,同时还具有较好的耐热性及抗冲击性能,是目前最有发展前景、研究最广泛的可降解塑料。但是,其价格较高,降解周期较长。采用植物纤维与PBAT进行复合,并且,对其进行改性,可解决以上缺陷。综述了近年来植物纤维/PBAT复合材料的研究现状,重点介绍了采用不同的改性方法对植物纤维进行改性,改善PBAT复合材料的性能,改性方法包括化学改性、物理改性等及复合材料中的界面增容技术。另外,简要阐述了复合材料的相关性能。

聚合松香增容聚乳酸/聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)共聚物共混纤维的结构与性能

以聚合松香(PR)为相容剂,采用熔融共混法制备了不同比例的聚乳酸/聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(PLA/PBAT)共混纤维。采用拉伸试验、微观结构、热分析和流变测试分析评估了熔体和纤维的物化性能。PR的引入使得PBAT和PLA的玻璃化转变温度及熔融温度降低,促进了PBAT相的均匀分散,分散相尺寸明显减小,增强了PBAT的非均相成核效应,提高了PLA的结晶温度,并在30%PR时观测到了直径小于2μm的微纤结构。随着PBAT含量的增加,共混纤维的断裂伸长率与断裂强度均得到显著提升,断裂伸长率最多提高了近600%,同时断裂强度不仅得到了保留,还提升了200%左右。

超临界流体发泡制备生物可降解塑料泡沫应用进展

塑料制品的不规范生产、使用以及回收不当等,会造成能源资源浪费和环境污染。推广可降解塑料替代产品是解决塑料污染问题的重要途径之一。目前,生物可降解塑料仅用于薄膜、吸管等一次性制品,需求量更大的缓冲包装领域尚未有规模化应用。近年来,绿色环保的超临界流体发泡技术制备的生物可降解塑料泡沫成为了学术界和工业界关注的热点,基于此,笔者总结了超临界流体发泡制备生物可降解塑料泡沫方面的应用进展,简述了间歇发泡、挤出发泡、注塑发泡、珠粒发泡制备生物可降解塑料泡沫的发泡工艺和结构性能,重点综述了聚乳酸、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯、聚丁二酸丁二酯泡沫材料的研究现状。

碳纳米管选择性分布增韧聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯共混材料

采用碳纳米管(CNTs)来调控聚乳酸(PLA)/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)共混材料的微结构和宏观性能,探究了CNTs添加量对PLA/PBAT共混物结晶行为、相形貌及热力学性能的影响规律,基于润湿理论量化分析了CNTs选择性分布的原因,探讨了CNTs增韧PLA/PBAT共混材料的内在机制。结果表明,CNTs选择性分布在PBAT中,显著增大了PBAT相的粒径,使共混材料相形貌粗化,暗示CNTs不具备增容作用;提高CNTs的添加量,共混材料拉伸强度略有降低,断裂伸长率大幅提升;CNTs的质量分数为1%时,PLA/PBAT/CNTs试样的断裂伸长率达到最大,与未添加CNTs的PLA/PBAT试样相比提高了258.6%。

挤出吹塑工艺对PBAT/PLA共混体系微观结构与性能的影响

通过调控工艺条件(机头温度、牵引速度)熔融共混挤出吹塑聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯/聚乳酸(PBAT/PLA)原位成纤共混体系薄膜。结果表明,在较低的机头温度时,随着牵引速度的不断增加,分散相PLA在连续相PBAT中原位成纤,且微纤直径逐渐减小,结晶度先增大后下降。挤出吹塑薄膜的纵向拉伸强度和拉伸模量均先增加后减小。在机头温度为150℃、牵引速度为5.0 m/min时,共混体系中PLA成纤效果最明显;薄膜纵向拉伸强度达到40.0 MPa,比纯PBAT提高了20%;拉伸模量达到723.9 MPa,较纯PBAT提升明显。

MAM相对分子质量对PLA/PBAT/MAM共混物结构与性能的影响

通过熔融共混法制备聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二酯/聚(甲基丙烯酸甲酯)-b-聚(丙烯酸丁酯)-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)(PLA/PBAT/MAM)三元共混物,研究了MAM相对分子质量对PLA/PBAT/MAM三元共混物形态、结构和性能的影响。结果表明,添加MAM嵌段共聚物,能够有效改善PLA与PBAT的相容性,使共混物的玻璃化温度下降,结晶消失,使分散相粒子尺寸下降,分布更加均匀,提高共混物的冲击强度和断裂伸长率;MAM相对分子质量越大,共混物的冲击强度和断裂伸长率越大,分散相粒子尺寸越小,粒径分布越均匀。

市售生物可降解塑料袋的降解行为研究

选择市场上使用最广泛的由纯聚对苯二甲酸己二酸丁二酯(PBAT)、淀粉(St)质量分数20%和30%的PBAT/聚乳酸(PLA)/St制备的生物可降解塑料袋为研究对象,分别考察了几种塑料袋在空气、水、酸碱溶液,以及自然土壤和有机土壤中的长期降解行为。结果表明:由纯PBAT和PBAT/PLA/St制备的生物可降解塑料袋在空气、水、酸碱溶液,以及自然土壤和有机土壤中经历54周的降解后力学性能下降较快,但仍具有较高的相对分子质量,并未呈现预期的优异生物可降解性;碱性环境相对于酸性环境更有利于生物可降解塑料袋的碎裂和降解;生物可降解塑料袋中组分St含量越高,相同降解周期下塑料袋出现的孔洞越多,相对分子质量下降越多;由纯PBAT制备的生物可降解塑料袋在酸性环境下有利于细菌的生长,但对降解作用有限。

CaCO_(3)生物降解母粒工艺研究

通过对比不同流动性的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)树脂基体和不同粒径的碳酸钙填料,研究了它们对PBAT母粒制品和其复配薄膜的影响。本研究通过不同类型的树脂PBAT和碳酸钙粉体经双螺杆挤出机改性加工获得母粒制品,母粒制品再与树脂PBAT以比例混合后经吹膜成型获得薄膜。首先是对比树脂基体,发现随着树脂流动性的提高,母粒复配薄膜制品的力学性能是出现相应下降的,而树脂流动性的提高对母粒的分散性能的影响是正向的,这说明了高熔体质量流动速率(MFR)的PBAT虽然在母粒易加工性方面是有益的,但是会牺牲掉一部分的力学性能。其次母粒所使用碳酸钙粉体填料从粒径角度出发,研究其对母粒制品力学性能和分散性能影响,发现使用较小粒径的碳酸钙粉体其薄膜综合性能是更优的,而粉体粒径过大或树脂MFR过低均会容易产生分散不良导致膜面“晶点问题”。

PBAT/PLA薄膜在受控堆肥条件下的生物降解性能

为了快速检测聚己二酸—对苯二甲酸丁二醇酯/聚乳酸(PBAT/PLA)薄膜的生物降解性能,参考GB/T 19277.1—2011的检测方法,针对堆肥水分含量对实验进行了优化,研究了薄膜在受控堆肥条件下的最终需氧生物分解能力。结果表明,45%的含水量最有利于堆肥降解实验的进行,以腐熟堆肥为接种物建立的测试方法满足标准要求,所测试薄膜的最终生物分解率和相对生物分解率均大于90%,可完全降解。堆肥实验过程中薄膜的累积二氧化碳(CO_(2))释放量、生物分解率、相对生物分解率随时间的变化情况一致,随时间变化先增大后减小,最后趋于稳定,呈S型曲线。“迟滞—生物分解—平稳”三阶段的表现与微生物的生命活动有关。

PGA/PBAT共混膜的结晶行为研究

采用单螺杆挤出流延机制备了一系列聚乙醇酸/聚对苯二甲酸共己二酸丁二酯(PGA/PBAT)共混膜,采用小角X射线散射仪(SAXS)、广角X射线散射仪(WAXS)、差示扫描量热仪(DSC)和宽频介电电阻抗谱仪等研究了PGA用量变化对PGA/PBAT共混膜中各组分结晶度与分子链运动的影响规律。结果表明:PGA/PBAT共混膜中PGA和PBAT的结晶度均受PGA用量的影响。PGA的结晶度随PGA用量增加呈现先增大后减小的趋势。当PGA质量分数为40%时,PGA/PBAT共混膜中形成了特殊的局部有序结构,对PGA/PBAT共混物的实际应用具有指导意义。

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。

环氧/异氰酸酯扩链增容PBAT/PLA复合材料的机理研究进展

概述了国内外近年来采用环氧类、异氰酸酯类扩链剂增容聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯/聚乳酸(PBAT/PLA)共混体系的增容机理。环氧基团可与PBAT、PLA的端—OH和—COOH发生反应,形成PBAT-g-PLA共聚物,反应过程包含酯化、大分子链断裂、扩链、支化、环氧基团开环、羟基形成等一系列复杂反应。带有两个以上环氧基团的增容剂添加量过多时,增容剂成为交联点,发生交联反应。异氰酸酯类增容剂分子上异氰酸酯基团可与PBAT、PLA的端羟基反应生成氨基甲酸酯键,与端羧基反应形成酰胺键。异氰酸酯类增容剂通过化学键将PBAT和PLA连接起来,显著地提高相容性。还对环氧类、异氰酸酯类扩链剂增容PBAT/PLA共混体系做出总结和展望。

聚乳酸/聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇/酒糟基复合材料研究

用酒糟(DG)作为填料,采用熔融共混法,将聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇(PBAT)、酒糟以不同质量比混合,研究了DG含量对PLA/PBAT复合材料的性能影响。结果表明:少量的DG可以均匀分散在PLA/PBAT复合材料中,且加入少量DG可以维持PLA/PBAT的机械性能,还可以改善复合材料的疏水性能,在保证力学性能的前提下,DG加入可以有效降低PLA/PBAT复合材料的成本,为今后企业的生产提供一定的参考。

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。