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硬脂酸改性碳酸钙粒径对PBAT复合薄膜性能的影响

2022-06-14 09:132020粉体技术网
       聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,既具有较好的韧性和稳定性,又具有优良的生物降解性,是理想的绿色环保薄膜包装材料,也是目前研究较多的一种可生物降解塑料之一。

但是PBAT自身的拉伸强度较低、降解速率缓慢,而且价格是普通聚丙烯的5~6倍,因此在应用推广方面受到了一定的限制。目前研究的重点是如何能够得到性能优越而且成本低廉的可生物降解材料,大部分研究都是通过使用价格较为廉价的填料与PBAT共混,以制备绿色复合材料,在确保其可降解性能的同时控制成本,扩大其在市场上的应用价值。

 

由于碳酸钙价格较低,而且对聚合物有一定的增韧作用,是目前用途最广的聚合物填料之一。采用碳酸钙作为填充粉体制备PBAT/碳酸钙复合材料,成为降低PBAT使用成本的一条可行途径。马祥艳等研究了PLA/PBAT/纳米碳酸钙三元复合材料的性能,加入纳米碳酸钙后,复合材料的热学性能及物理性能都有很大的改善。杨冰等使用碳酸钙对PBAT进行填充,发现碳酸钙在改善复合材料力学性能的同时大幅度降低了成本。肖运鹤等用超细碳酸钙改性PBAT,当加入20%的碳酸钙时,复合材料依然具有比较好的物理性能。

庞会霞等用硬脂酸对三种不同粒径的碳酸钙进行表面改性,进一步用熔融共混的方法制备PBAT/改性碳酸钙复合薄膜,并研究了不同粒径的碳酸钙对PBAT熔融结晶行为、力学性能及水蒸气透过性能的影响,结果表明:

(1)通过粒度分析,活性碳酸钙的粒径分布范围比较广,主要分布于1~20μm,体积平均粒径为7.6μm;超细碳酸钙的粒径主要分布于0.2~5μm,体积平均粒径为1.5μm;纳米碳酸钙的粒径分布比较集中,主要分布于0.2~0.5μm,体积平均粒径为0.34μm。通过FTIR分析,证实了硬脂酸已经成功包覆在碳酸钙表面,改性后的碳酸钙已分散于PBAT基体中。

(2)加入改性碳酸钙后,PBAT的结晶温度、结晶度及熔融温度都有所提高。当加入体积平均粒径为7.6μm的活性碳酸钙时,结晶温度达到最大值,为84.12℃,较纯PBAT提高13.07℃;结晶度也达到最大值,由纯PBAT的10.4%提高到11.48%。当加入改性纳米碳酸钙时,熔融温度达到最大值,为124.99℃。

(3)PBAT/改性碳酸钙复合薄膜力学性能均有明显的提高,且随着改性碳酸钙粒径减小,力学性能逐渐升高。当添加体积平均粒径为0.34μm的改性纳米碳酸钙时,复合薄膜的拉伸强度达到了最大值19.9MPa,比纯PBAT增加了10.07MPa,断裂标称应变达到了551.8%,较纯PBAT提高了54%,直角撕裂强度由纯PBAT的72.5kN/m提升到了139.3kN/m。

(4)添加改性碳酸钙后薄膜对水蒸气的阻隔性能增强,加入活性碳酸钙的复合薄膜的水蒸气透过率最低,为232.3g/(m2·24h),比纯PBAT薄膜降低了28.06%,相应的水蒸气渗透系数降低了66.09%。


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