PBAT基生物可降解复合材料的制备及其性能研究
聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是一种热塑性可降解高分子材料，具有良好的生物可降解性能、延展性和耐冲击性能等，但相比于LDPE材料，其熔体强度低、加工性能差且价格昂贵，因此常进行共混改性。本文采用融熔共混的方法制备了PBAT/无机填料复合材料，并研究了填料种类和含量以及加工过程中双螺杆挤出工艺和螺杆组合方式对共混料及其吹膜性能的影响。 (1)研究了改性后滑石粉(Talc)的含量对PBAT/Talc共混料熔体强度、热性能、微观形貌以及薄膜力学性能的影响。结果表明，改性后的滑石粉与PBAT树脂基体相容性较好。通过增加滑石粉含量可以显著提高共混料的熔体强度，并降低PBAT的热降解速率。但是，填料含量的增加会加剧Talc对分子链运动造成的空间位阻，导致结晶速率和结晶度下降。在Talc含量为20％时，复合薄膜的力学性能最佳，拉伸强度和断裂伸长率分别为33.59MPa(MD)、580.36％(MD)、32.16MPa(TD)、615.82％(TD)。 (2)采用两步法制备了填料含量为改性滑石粉和改性碳酸钙(CaCO3)复合填充的PBAT/Talc-CaCO3共混料，并研究了双填料填充时对共混料增强增韧的机制。Talc可以与PBAT形成稳定的插层结构，增加其与分子链之间的物理缠结和化学交联作用，且片状滑石粉可以促进PBAT基复合薄膜晶化，增强分子间作用力，从而提高材料刚性。颗粒状的碳酸钙表面不易吸附其他物质的特性使其具有自润滑作用，能有效提高分子链运动能力和填料分散均匀性;此外，碳酸钙的加入还增加了滑石粉在树脂中的层间距，甚至破坏了层状结构，有效的提高了材料的韧性。在滑石粉和碳酸钙总含量为40％、复配比例为3∶2时综合性能达到最大值，拉伸强度和断裂伸长率分别为31.23MPa(MD)、490.87％(MD)、30.45MPa(TD)、492.62(TD)。 (3)为提高PBAT/20wt％Talc复合材料的熔体黏弹性和填料分散均匀性，优化了双螺杆反应挤出工艺。采用环氧基扩链剂KL-E4370B进行扩链反应，通过考察加工温度、螺杆转速和喂料量对产物性能的影响，使用Box-Behnken响应面实验设计和数据分析确定了最佳工艺条件:反应温度151℃、螺杆转速205rpm、喂料量5.7kg/h。经过工艺优化后，吹膜实验验证了薄膜性能得到了显著提高。 (4)通过使用ANSYS软件中的POLYFLOW单元模拟，分析了双螺杆挤出机的分散混合能力。研究了不同螺杆组合下聚合物熔体的压力场、剪切应力场、停留时间和回流量，并进行实验测试不同螺杆组合下产物的熔体粘弹性、填料分散均匀性和薄膜的力学性能。最后，通过对比实验和模拟结果，建立了螺杆构型与薄膜性能之间的关系。
可降解复合材料;聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯;无机填料;复合填充;挤出工艺
北京化工大学
硕士
机械
任峰;李东生
2023
中文
TB332
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）