铝酸酯增容改性竹粉对PBAT/BF复合材料性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2020.04.013

中国塑料 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (4): 78-83.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2020.04.013

铝酸酯增容改性竹粉对PBAT/BF复合材料性能的影响

谢熙威¹, 翁云宣¹^,²(), 张彩丽¹^,², 宋鑫宇¹^,²

^1.北京工商大学材料与机械工程学院, 北京 100048
^2.塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室, 北京 100048

收稿日期:2019-10-17 出版日期:2020-04-26 发布日期:2020-04-26
基金资助:
国家自然基金项目(51773005)

Compatibilization Modification of Bamboo Powders with Aluminic Acid Ester and Its Effect on Properties of PBAT Matrix Composites

Xiwei XIE¹, Yunxuan WENG¹^,²(), Caili ZHANG¹^,², Xinyu SONG¹^,²

^1.Department of Material Science and Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048，China
^2.Beijing Key Laboratory of Plastic Hygiene and Safety Quality Assessment Technology, Beijing 100048, China

Received:2019-10-17 Online:2020-04-26 Published:2020-04-26
Contact: Yunxuan WENG E-mail:wyxuan@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

利用异相捏合双螺杆挤出机，将铝酸酯处理前后的竹粉（BF）分别与聚对苯二甲酸?己二酸丁二醇酯(PBAT)共混，制得PBAT/BF复合材料。采用万能试验机、热重分析仪、扫描电子显微镜对PBAT/BF复合材料进行力学、热学性能和微观结构的表征。结果表明，BF表面经铝酸酯处理后，PBAT/BF复合材料的热稳定性和力学性能均得到改善，当铝酸酯添加量为1 %（质量分数，下同）时，PBAT/BF复合材料的冲击强度由6.7 MPa增加到9.5 MPa，提高了42 %，且断裂伸长率提高了92.7 %。

关键词: 竹塑复合材料, 铝酸酯, 冲击强度, 热稳定性, 相容性

Abstract:

The bamboo powders (BP) were surface modified with aluminic acid ester and then melt blended with poly(terephthalic acid succinate) (PBAT) to prepare a series of PBAT/BP composites through a heterogeneous kneading twin?screw extruder. The mechanical, thermal properties and microstructure of PBAT/BP composites were characterized by a universal testing machine, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The results indicated that the thermal stability and mechanical properties of PBAT/BP composites were improved due to the surface modification of BF with aluminic acid ester. When 1 wt % of aluminic acid ester was incorporated, the PBAT/BF composites achieved an increase in impact strength by 42 %, and in elongation at break by 92.7 %.

Key words: bamboo?plastic composite material, aluminic acid ester, impact strength, thermal stability, compatibility

中图分类号:

TQ320.6

谢熙威, 翁云宣, 张彩丽, 宋鑫宇. 铝酸酯增容改性竹粉对PBAT/BF复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(4): 78-83.

Xiwei XIE, Yunxuan WENG, Caili ZHANG, Xinyu SONG. Compatibilization Modification of Bamboo Powders with Aluminic Acid Ester and Its Effect on Properties of PBAT Matrix Composites[J]. China Plastics, 2020, 34(4): 78-83.

图/表 12

样品编号	BF含量/%	PBAT含量/%
1^#	0	100
2^#	20	80
3^#	30	70
4^#	40	60
5^#	50	50

表1 PBAT/BF不同配比时的共混物

Tab.1 PBAT/BF composites with different proportions

样品编号	BF含量/%	铝酸酯含量/%
6^#	50	0
7^#	50	1
8^#	50	2
9^#	50	3
10^#	50	4

表2 PBAT/BF/铝酸酯不同配比时的共混物

Tab.2 PBAT/BF/aluminate composites with different proportions

图1 PBAT/BF竹塑复合材料注射成型制备工艺

Fig.1 Preparation process of PBAT/BF bamboo?plastic composites by injection molding

图2 不同组分PBAT/BF复合材料的力学性能

Fig.2 Mechanical properties of PBAT / BF composite with different components

图3 BF改性前后的FTIR谱图

Fig. 3 Infrared spectra of bamboo powder before and after modification

波数/cm^?1	振动类型	化合物
3 600~3 200	结合O—H伸缩振动	醇、酸、羟基酯等
1 050~1 010	—C—O伸缩振动	伯醇
1 150~1 100	—C—O伸缩振动	仲醇
1 200~1 150	—C—O伸缩振动	叔醇
1 470~1 400	—CH₃和—CH₂变形振动	饱和烃和烃基

表3 红外区的特征基团及其波数

Tab.3 Characteristic groups and wave numbers in infrared region

图4 铝酸酯与BF的反应示意图

Fig.4 Scheme of aluminate coupling agent with bamboo powder

图5 不同含量的偶联剂改性BF后的TG和DTG曲线

Fig.5 TG and DTG of bamboo powder modified by coupling agent with different contents

偶联剂含量/%	T_5%/℃	T_50%/℃	T_p/%·℃^-1
0（纯BF）	237.0	351.3	354.3
2	250.1	352.0	358.1
3	250.6	352.8	359.7
4	251.4	352.9	358.5

表4 不同含量的偶联剂改性BF后的TG数据

Tab.4 TG data of bamboo powder modified by coupling agents with different contents

图6 铝酸酯含量不同的PBAT/BF复合材料的力学性能

Fig.6 Mechanical properties of PBAT / BF composite with different aluminate content

组成	改性剂用量/%	拉伸强度/MPa	冲击强度/kJ·m^?2	断裂伸长率/%
PBAT/BF	-	15.0	6.7	4.1
PBAT/BF/411	1	15.5	9.5	7.9
PBAT/BF/411	2	15.2	8.8	8.2
PBAT/BF/411	3	14.5	8.6	6.8
PBAT/BF/411	4	14.3	8.5	6.2

表5 铝酸酯含量对PBAT/BF复合材料力学性能的影响

Tab.5 Effect of aluminate coupling agent on mechanical properties of PBAT/BF composites

图7 不同铝酸酯含量的PBAT/BF复合材料的形貌分析图

Fig.7 Morphology analysis of PBAT/BF composite with different aluminate coupling agent content

参考文献 13

1	宋帅帅,杨帆.木粉的表面改性及其对木粉/天然橡胶复合材料性能的影响[J].弹性体,2019,29(02):29⁃32.
	SONG S S, YANG F. Surface Modification of Wood Flour and Its Effect on Properties of Wood Flour/Natural Rubber Composite [J]. Elastomer, 2019, 29 (02): 29⁃32.
2	王翔,许苗苗.碳酸钙表面改性探究[J].科技创新与应用,2016(02):99+101.
	WANG X, XU M M. Research on Surface Modification of Calcium Carbonate [J]. Innovation and Application of Science and Technology, 2016 (02): 99 + 101.
3	刘刚连,龚迎春,汤正捷,等.3种偶联剂对PVC木塑装板力学性能的影响[J].林业建设,2014(06):44⁃47.
	LIU G L, GONG Y C, TANG Z J, et al. Effects of Three Coupling Agents on Mechanical Properties of PVC Wood⁃Plastic Panel [J]. Forestry Construction, 2014 (06): 44⁃47.
4	林美群,马少健,莫伟,等.铝酸酯对膨润土表面改性研究[J].有色矿冶,2006(S1):83⁃85.
	LIN M Q, MA S J, MO W, et al. Study on Surface Modification of Bentonite by Aluminate Coupling Agent [J]. Nonferrous Mines and Metallurgy, 2006 (S1): 83⁃85.
5	刘晓静,吕闪闪,谭海彦,等.偶联改性对木粉/PLA复合材料性能的影响[J].材料导报,2016,30(18):56⁃59.
	LI X J, LU S S, TAN H Y, et al. Effect of Coupling Modification on Properties of Wood Flour/PLA Composites [J]. Material Report, 2016, 30 (18): 56⁃59.
6	江李贝. 桉木粉的表面处理对木塑复合材料性能的影响[C]//2017创新驱动加快发展丽水生态工业——新材料学术论坛学术论文集.浙江省复合材料学会:浙江省科学技术协会,2017:7.
7	周世一,林金辉,雷景新.铝酸酯表面改性微晶白云母/PVC复合材料的制备及力学性能[J].高分子材料科学与工程,2012,28(03):153⁃155+160.
	ZHOU S Y, LIN J H, LEI J X. Preparation and Mechanical Properties of Microcrystalline Muscovite/PVC Composites Modified by Aluminate Coupling Agent [J].Polymer Materials Science and Engineering, 2012, 28 (03): 153⁃155+160.
8	章文贡,陈田安,陈文定.铝酸酯改性碳酸钙的性能与应用[J].中国塑料,1988(01):25⁃36.
	ZHANG W G, CHEN T A, CHEN W D. Properties and Applications of Calcium Carbonate Modified by Aluminate Coupling Agent [J]. China Plastics, 1988 (01): 25⁃36.
9	刘立新,田海山,郑水林,等.硅烷/铝酸酯复合改性水菱镁石粉填充EVA性能研究[J].硅酸盐通报,2016,35(09):2950⁃2955.
	LIU L X, TIAN H S, ZHENG S L, et al. Study on EVA Filling Properties of Composite Modified Magnesite Powder with Silane/Aluminate [J]. Silicate Bulletin, 2016, 35 (09): 2950⁃2955.
10	秦特夫,姜锋,黄洛华.铝酸酯对木粉活化性能的研究[J].塑料工业,2007(S1):364⁃366.
	QIN T F, JIANG F, HUANG L H. Study on the Activation of Wood Flour by Aluminate Coupling Agent [J].Plastic Industry, 2007 (S1): 364⁃366.
11	詹锋,陈南春,黄斌,等.铝酸酯机械化学法接枝GCC增强PVC力学性能的研究[J].现代塑料加工应用,2013,25(03):13⁃16.
	ZHAN F, CHEN N C, HUANG B, et al. Study on Mechanical Properties of PVC Reinforced by GCC Grafted with Aluminate by Mechanochemical Method [J]. Modern Plastic Processing Applications, 2013, 25 (03): 13⁃16.
12	王花,杨玉婷,易春旺.铝酸酯改性重钙和SEBS对回收PS材料的增韧补强研究[J].湖南师范大学自然科学学报,2018,41(06):44⁃50+81+95.
	WANG H, YANG Y T, YI C W. Toughening and Reinforcing Effects of Reclaimed PS Materials Modified by Aluminate Coupling Agent and SEBS [J].Journal of Natural Science of Hunan Normal University, 2018,41(06): 44⁃50+81+95.
13	宫敬禹,陈元芳,韩超,叶阳.PP基木塑复合材料的制备及性能研究[J].中国塑料,2010,24(06):67⁃71.
	GONG J Y, CHEN Y F, HAN C, YE Y. Preparation and Properties of Wood⁃Plastic Composites Based on PP[J].China Plastics, 2010,24(06): 67⁃71.

[1]	曲玉婷, 王立梅, 齐斌. 聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 56-61.
[2]	王镕琛, 张恒, 孙焕惟, 段书霞, 秦子轩, 李晗, 朱斐超, 张一风. 医疗卫生用聚乳酸非织造材料的制备及其亲水改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 158-166.
[3]	张书诚, 唐文斌, 于天娇, 徐珍珍, 邢剑. 不同含量配比制备聚氨酯泡沫及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 104-109.
[4]	谢玉, 王立梅, 齐斌. 交联壳聚糖/蒙脱土复合膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 58-63.
[5]	衡月, 薛南翔, 陈壮鑫, 雷彩红, 徐睿杰. 聚乙烯/石蜡油共混体系动态流变行为和相容性[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 13-18.
[6]	孙正艋, 张明旭, 张馨宁, 梁策, 张海亮, 李云辉, 马玉芹. 纳米玻璃粉掺杂双酚A型环氧树脂基复合材料的热稳定性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 15-20.
[7]	何和智, 王毅, 高俊. 拉伸流场下rPE/PA6共混物的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 189-194.
[8]	吕强. 无卤阻燃永久抗静电玻璃纤维增强聚酰胺6材料的研制[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 58-62.
[9]	张博, 王小峰, 郭萌, 白志媛, 任翠红, 韩文娟, 宇山浩, 李倩. 聚乳酸表面羧基化改性及细胞相容性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 17-23.
[10]	叶晋纶, 杨丽庭, 李彦涛, 曾聪, 李臻, 黄文杰, 关嘉伟. 改性勃姆石对聚丙烯性能影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 16-22.
[11]	赵金钢, 柳召刚, 郝伟, 李梅, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山, 李帅. 对甲基苯甲酸铈对PVC热稳定性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 14-21.
[12]	王文超, 王艳芝, 张振利, 张居亮, 刘少磊, 魏冰. 基于滤板应用的β成核剂增韧改性聚丙烯研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 102-107.
[13]	谷琳, 朱钰婷, 何家隆, 朱惠豪, 马玉录, 谢林生. 基于微纳层叠共挤的PLA/PCL可降解微层薄膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 7-14.
[14]	田银彩, 董安旺. PBAT/热塑性玉米淀粉共混改性对结构和力学性能影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(9): 33-37.
[15]	康文倩, 马宗立, 高玉林, 王雄, 杨宝, 闫功臣. 耐热聚丙烯专用料的结构与性能[J]. 中国塑料, 2020, 34(7): 10-13.

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