石墨烯纳米片调控生物可降解PLAPBAT共混物的形态结构和性能

石墨烯纳米片调控生物可降解PLA/PBAT共混物的形态结构和性

能

聚乳酸(PLA)是一种重要的生物基可降解塑料,由于其易加工、机械强度高等优异性能,在替代石油基非降解塑料方面具有巨大的潜力。尽管如此,PLA存在韧性差、热稳定性差等缺点,限制了其应用。

将PLA与生物可降解的柔性树脂聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)共混,可以在不牺牲其生物降解性的前提下提高其韧性。然而,PLA和PBAT不相容,导致其相界面结合弱,力学性能差。

添加纳米填料是调控PLA/PBAT共混物形态结构和性能最有效的方式之一。本论文通过引入石墨烯纳米片(GNP)来调控PLA/PBAT的形态结构与性能。

主要结果如下:(1)GNP对PLA/PBAT形态结构和性能的影响。首先采用溶液法制备PLA/GNP母料,再通过熔融共混制备了 PLA/PBAT/GNP纳米复合材料。

透射电镜(TEM)结果表明,PLA与PBAT不相容,呈“海-岛”状分布;GNP主要分布于PBAT相,出现明显的团聚;随着GNP含量的增加,PBAT相开始变形,尺寸变大。拉伸试验结果表明,PBAT对PLA具有增韧效果,而GNP的加入在保持

PLA/PBATi共混物拉伸强度和拉伸模量不变的情况下,进一步提升其韧性,断裂伸长率最大提高了23%。

利用差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)对PLA结,品行为和结晶性能进行了研究。结果表明,PBAT和GNP的加入促进了 PLA结晶。

热重分析(TGA)-表明,GNP的引入提高了 PLA/PBAT的热稳定性。流变性能测试表明,随着GNP的加入,共混物的储能模量和复数黏度均有所增加。

(2)PEO对GN P的分散性以及PLA/PBAT/GNP纳米复介材料性能的影响。为

了提高GNP在PLA/PBAT中的分散,采用冷冻干燥法制备了聚氧化乙烯(PEO)/GNP 母料,然后通过熔融共混得到PLA/PBAT/GNP纳米复合材料。

由于PEO分子量的不同会影响共与PLA的相容性,本工作使用了三种不同分子量的PEO。TEM结果表明,GNP主要分布于PBAT相,PEO的加入提高了GNP的分散性,并且PEO的分子量越低,分散性越好。

拉伸试验和TGA结果表明,GNP分散性的提高使得PLA/PBAT/GNP纳米复合材料的力学性能和热稳定性得到明显提高。与GNP1纳米复合材料相

比,PLA/PBAT/GNP纳米复合材料在没有牺牲拉伸强度和模量的前提下大大提高了其韧性，断裂伸长率最大提高了94.4%。

流变性能测试表明,PEO的加入使得共混物的储能模量和复数黏度均有所降低,并且PEO分子量越低,下降越明显。