PBAT对PBS/PBAT泡沫物理、形态和力学性能的影响外文翻译资料

 2022-08-08 09:08

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PBAT对PBS/PBAT泡沫物理、形态和力学性能的影响

摘要：本研究考察了聚（丁二酸丁酯-对苯二甲酸乙二酯）(PBAT)含量对聚（丁二酸丁二酯）(PBS)/PBAT泡沫的物理，形态和力学性能的影响。采用压缩成型技术，用化学发泡剂偶氮二甲酰胺和交联剂过氧化二酰制备了PBS/PBAT泡沫。采用傅里叶变换红外光谱和扫描电镜技术分别对PBS/PBAT泡沫的化学结构和形貌进行了研究，并用万能试验机对其拉伸和弯曲性能进行了研究。结果表明，PBAT的加入几乎不能提高PBS/PBAT共混物的粘度，只产生PBS/PBAT泡沫的平均细胞尺寸的微小变化。然而，增加PBAT含量有助于PBS/PBAT泡沫的柔韧性和韧性的相对显著改善，与PBS泡沫相比，PBS/PBAT泡沫的杨氏模量和抗拉强度降低。对于纯和PBS/PBAT泡沫的弯曲性能，注意到与拉伸结果相似的行为。

关键词：可生物降解聚合物聚（己二酸丁二酯-对苯二甲酸丁二酯)聚(丁二酸丁二酯）聚合物共混物泡沫形态

1.简介：

随着人们对环境的日益关注，由于塑料废物的产生和处置，生物基和可生物降解聚合物的重要性正在上升。生物降解聚合物似乎为这些问题提供了一个有前途的解决方案。由琥珀酸和1,4丁二醇产生的聚丁二酸丁二酸(PBS1–4由于其优异的生物降解性、热稳定性、耐热性和耐化学性以及良好的加工性能，是最具吸引力的商业生物聚合物之一。然而，PBS由于其高的生产成本，仍然有一定的局限性，特别是在工业发展中。发泡工艺似乎是可行的，因为由于聚合物基体中的气体空隙，使用的聚合物材料要少得多。聚合泡沫具有重要的独特性能，如轻质、更高的隔热和隔音，以及增强的机械性能与重量比。因此，它们在几个行业有着巨大的应用潜力。

偶氮二甲酰胺(ADC)是一种著名的发泡剂。许多科学家正在利用ADC进行PBS。7–13然而，一些研究人员发现，由于线性PBS的低粘度、细胞塌陷和PBS泡沫的力学或绝缘性能恶化，ADC在泡沫过程中的放热反应可能是一个问题。Yue等人。利用吸热膨胀微球(EnEMS)抵消ADC分解的放热效应。随着ADC用量的减少和EnEMs的增加，PBS泡沫的封闭电池分数从21%提高到约100%，平均电池尺寸从450mm下降到30mm，弯曲强度从3MPa提高到21MPa，模量从106MPa提高到268MPa。冯等人。通过检查不同数量的ADC(即ADC)，揭示了ADC对PBS特性的影响。当ADC含量为2份时，PBS泡沫具有规则和窄的细胞尺寸分布，而ADC含量为4和6份时，一些细胞破裂和聚结，拉伸强度也降低。包含8份ADC的样品是完全失败的，所有的机械测试都无法进行。因此，本研究选择了2份ADC，因为这个量可以产生足够的气体细胞，不会因放热反应而造成细胞损伤。

归因于线性分子链和低分子量，PBS具有相对较低的粘度，这是发泡过程中的一个限制，因为粘度是泡沫稳定阶段的主要参数，即低粘度在发泡过程中导致细胞崩溃。为了解决PBS发泡过程中的粘度问题，进行了许多调查，例如，应用化学试剂(例如。交联剂和分支剂)来改变化学结构，18将辐射应用于交联PBS，17并加入填料以提高基体的粘度。加入交联剂似乎是最有利的方法，因为它比传统的泡沫设备更具成本效益。通常，使用交联剂的PBS发泡提供刚性的PBS泡沫，从而限制了最终用途。为了解决这一缺点，已经发现了替代的解决方案，如超临界流体发泡，纳入环境管理，以及聚合物混合的方法。

发泡聚合物共混物具有较高的潜力，可以更好地控制性能，如细胞结构的大小。Yu等人。揭示了PBS对超临界二氧化碳(CO)聚乳酸(PLA)发泡行为的影响2作为发泡剂，通过批量发泡。研究了PLA基PBS泡沫的开放细胞结构的形成对PBS含量和发泡温度的影响。发现PLA/PBS（80/20）在100处起泡○C提供最高的细胞开放率（96%）。Ketkul等人。公开了PLA-PBS活性炭(AC)

通过研究不同的PLA/PBS比值与固定交流含量。对PLA-PBS共混泡沫与PLA-PBS-AC复合泡沫进行了比较，结果表明，只有在富含PBS的样品中，AC才能提高复合泡沫的模量和抗拉强度，而对于共混泡沫，在较高的PLA含量下，观察到更大的拉伸强度和模量。Oliviero等人。结果表明，采用超临界CO法制备了可生物降解的热塑性明胶(TPG)/PBS泡沫。PBS的加入降低了熔体粘度，增加了CO2TPG的扩散率和热稳定性。与纯TPG泡沫相比，TPG/PBS泡沫具有更小的细胞尺寸和更高的细胞密度。

与生物降解聚合物共混物相比，生物降解聚合物共混物发泡研究的数量仍然有限。自先前的研究以来，PBS/聚（丁二酸-对苯二甲酸乙二酯）(PBAT)共混物似乎很有吸引力揭示了PBAT加入后共混物的流变性能的改善。对PBS/PBAT(60/40、70/30和50/50wt%)共混物的研究表明，在较低数量的PBS中具有良好的相容性，PBAT相中PBS相的均匀分散就证明了这一点。Boonprasertpoh等人。研究了PBS/PBAT共混物的形态、流变和力学性能，其比范围从0wt%到100wt%。他们披露，PBAT比至少为70wt%，最多为30wt%的PBS/PBAT共混物具有改善的粘度和相对均匀的分散，特别是PBAT比为80和20wt%。

根据我们以前的研究，本研究旨在利用两种PBAT比(20和80wt%)的共混物开发PBS/PBAT泡沫，观察PBS/PBAT泡沫的物理、形态和力学性能。此外，还讨论了这些性质之间的关系。

2.材料和实验：

2.1材料：

PBSGS PLAFZ91PD(Tm11frac14;8℃)由三菱化学公司（日本）提供，而PBATEcoflexFBX7011(Tm110℃)由巴斯夫（frac14;德国路德维希沙芬)提供）。ADC(黄色粉末；气体体积235 5mlg—1在STP)作为发泡frac14;剂由A.F.提供。古德里奇化学品有限公司（泰国曼谷）。过氧化二酰(DCP)由KijPaiboon化学LP（泰国曼谷）提供，用作交联剂。将PBS、PBAT和ADC在70的真空烘箱中干燥配制前C6h。

2.2样品制备：

PBS/PBAT共混物和ADC和DCP混合使用内部混合器(BrabenderWIN/B/S350E，Brabender，Duisburg，德国)120用50rmin—1转子速度，然后造粒(RetschSM100，Retsch，Haan，德国)。关于我们以前的工作，在复合制备过程中应用了2份DCP。为了避免ADC造成的细胞结构损伤，选择了2份ADC，如前所述，在导言部分。接下来，泡沫制造是使用科林P500PM（科林，慕尼黑，德国）压缩成型机在160℃在1000N厘米的压力下，C用于10分钟的加热时间和10分钟的冷却时间—2。

2.3形态学研究

用扫描电子显微镜(SEM)HitachiSU3500(HitachiKrefeld，德国)对PBS/PBAT泡沫上断裂表面的细胞形态进行了研究)。样品在液氮中浸泡约3min，然后破裂。断裂的表面涂有一层薄薄的铂，使用溅射涂布机(QuorumTechnologiesSC7620，劳顿，东苏塞克斯)。在30倍放大率下获得了加速电压为8kV的显微照片。使用SemAfore软件(版本5.21，JEOL公司，赫times;尔辛基，芬兰)检查细胞大小和细胞分布。

细胞密度，定义为相对于未扩散材料的每立方厘米细胞数，用以下方程从SEM显微

2.4流变学研究

用MalvernBohlinGeminiHR旋转流变仪(UK)纳米（平行板上）间隙1mm(1Hz频率)和160测定了所有化合物的粘度，即纯PBS、PBS/PBAT共混物和含有2份DCP的纯PBAT○C(即泡沫处理温度)。

2.5化学结构研究

化学结构分析采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)(热科学Nicolet6700ATR-FTIR马萨诸塞州，美国)。所有样品均在400-4000厘米的条件下进行—1分辨率为4厘米—1。对于光谱的每个样本，产生64次累积扫描，并将吸光度记录为波数的函数。

2.6机械研究

用通用试验机(Instron5569，Instron，马萨诸塞州，美国)根据ASTMD638-15测量样品的杨氏模量、抗拉强度和断裂伸长率)。在50mmmin内对哑铃状样品进行测试—1十字头速度与10kN负荷在室温下(约23 2℃)。每个样本至少测试5个样本，以获得平均值。

使用通用试验机(HounsfieldH10KM，Hounsfield，Redhill，英国)根据ASTMD790-03测量弯曲强度和模量样品)。样本是Boonprasertpoh等

以30毫米分钟的十字头速度测试—1室温下有75N负荷(约23 2○c)。每个样本至少测试5个样本，以获得平均值。

  1. 结果和讨论：

3.1泡沫样品的物理和形态特性

复合粘度、泡沫密度、平均细胞大小和细胞密度。与纯聚合物相比，PBS80和PBS20的复合粘度均有下降。这可能是由于不混溶混合物中的相分离所致，如Boonprasertpoh等人所讨论的，它提供了PBS和PBAT相之间的弱相互作用。很多研究人员也报告了同样的现象，因为不相容的混合物可能导致粘度下降，即使将相容剂加入到系统中。Kowalczyk等人。研究了含有相容剂(即甲基丙烯酸缩水甘油酯和DCP)的PLA/PBS共混体系，发现不相容共混物的相分离仍然存在。

泡沫密度的微小变化也可以观察到。泡沫样品的平均细胞尺寸似乎随着复合粘度的增加而下降，也就是说，更大的粘度提供了更小的细胞尺寸。这是因为粘度对细胞生长有明显的影响。布拉德利和菲利普斯也做了类似的分析，粘度似乎是控制细胞塌陷的参数之一。正如预期的那样，细胞密度在复合粘度方面呈现相反的趋势。

3.2化学结构研究

为了确定聚合物之间的化学相互作用，进行了FTIR分析。不对称拉伸振动-CH2在PBS链中观察到1327cm。峰值随着PBS的减少而减小。

在720厘米处的尖峰—1表示四个或四个以上相邻的亚甲基团体。峰值随含量的增加而减小而PBAT中的酯键振动为1263cm—1。峰值也随着PBAT的减少而减小。Muthuraj等人。结果表明，在PBS和PBAT共混物中可能发生酯交换反应，反映羰基向较高的波数(从1705cm—1大约1722厘米—1).21酯交换反应的发生会提高共混物的抗拉强度。从峰可以看出，没有酯交换反应21,25在PBS和PBAT之间发生，因为没有观察到羰基的峰移。

与我们以前的工作相比，混合整齐的PBS和整齐的PBAT导致酯交换反应，增加粘度比它们的基质。然而，在本研究中，DCP被纳入发泡过程。也许酯交换反应受到DCP的干扰，导致粘度和力学性能没有增加，正如结果所证实的那样。

3.3机械性能

3.3.1拉伸性能

显示了纯聚合物和PBS/PBAT泡沫的拉伸性能。值得注意的是，杨氏模量和断裂时的抗拉强度呈相同的趋势，即这些值随PBAT含量的增加而减小。相反，断裂伸长率随着PBAT含量的增加而增加，这可能是由于PBAT具有较高的柔韧性和韧性性能。与纯PBS泡沫相比，PBS/PBAT泡沫的杨氏模量和抗拉强度值明显下降。这可能是由系统中的异质混合物引起的，PBAT的性质(即高灵活性)，也不会发生酯化。

John等人还报道了PBS/PBAT共混体系的类似现象，其中PBS/PBAT共混物的抗拉强度随PBAT含量的增加而降低。正如预期的那样，由于PBAT的性质，泡沫样品的断裂伸长率随着PBAT含量的增加而增加属性。John等人。也发现了同样的现象，即随着PBAT含量的增加，共混物的断裂伸长率增大。

3.3.2柔韧

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