聚（甲基）硅氧烷/聚羟基丁酸酯/聚己内酯复合膜的制备及性能表征

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.008

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (12): 50-56.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.008

聚（甲基）硅氧烷/聚羟基丁酸酯/聚己内酯复合膜的制备及性能表征

陈海英(), 张晨清, 张豪, 陈程, 金光远, 卫灵君

江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122

收稿日期:2022-09-19 出版日期:2022-12-26 发布日期:2022-12-20
通讯作者: 张晨清（1998-），男，硕士，研究方向：食品加工与过程装备技术， 932672225@qqcom
E-mail:chenhaiying@jiangnan.edu.cn
作者简介:陈海英（1984-），女，硕士导师，研究方向：食品加工与过程装备技术， chenhaiying@jiangnan.edu.cn

Preparation and characterization of poly（methyl）siloxane/polyhydroxybutyrate/polycaprolactone composite films

CHEN Haiying(), ZHANG Chenqing, ZHANG Hao, CHEN Cheng, JIN Guangyuan, WEI Lingjun

Jiangsu Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment and Technology，School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China

Received:2022-09-19 Online:2022-12-26 Published:2022-12-20
Contact: ZHANG Chenqing E-mail:chenhaiying@jiangnan.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

将2 %（质量分数，下同）聚（甲基）硅氧烷（PMSQ）添加到不同比例的聚羟基丁酸酯（PHB）/聚己内酯（PCL）体系（25∶75、50∶50、75∶25）中，并以溶液浇铸法制备薄膜，研究PMSQ对PHB/PCL薄膜力学及理化性能的影响。结果表明，PMSQ对PHB25/PCL75的改善效果最好，其断裂伸长率从22.45 %提升至70.83 %，提升了3.15倍；FTIR光谱显示PMSQ的甲基（—CH₃）吸收峰消失，PHB/PCL体系中C＝O吸收峰增强，表明PHB和PCL接枝到PMSQ微球上；PMSQ的加入降低了PHB和PCL颗粒的粒径尺寸，同时PHB和PCL相分离现象得到改善，相容性提高；PMSQ的加入限制了PHB和PCL分子链的运动，破坏了PHB和PCL在空间上的规整性，结晶度降低；PMSQ的加入提高了所有比例的PHB/PCL体系的起始降解温度，同时提高了PHB和PCL的热稳定性，改善程度与两种组分比例相关。

关键词: 聚羟基丁酸酯, 聚己内酯, 聚硅氧烷, 力学性能, 热稳定性

Abstract:

To evaluate the effect of poly（methyl）siloxane （PMSQ） on the mechanical and physicochemical properties of PHB/PCL films， 2 wt % PMSQ was added to the polyhydroxybutyrate （PHB）/polycaprolactone （PCL） blending systems with mass ratios of 25∶75， 50∶50， 75∶25 to prepare films by solution casting method. The results indicated that PMSQ exhibited an optimal enhancing effect on the tensile performance of the PHB25/PCL75 blends， resulting in an increase in elongation at break from 22.45 % to 70.83 %. FTIR spectra demonstrated the disappearance of the methyl （—CH₃） absorption peak of PMSQ along with an enhancement in the absorption peak intensity of the C=O bond in the PHB/PCL blending system. These results indicated that PHB and PCL were grafted onto PMSQ microspheres. SEM observation showed that the addition of PMSQ reduced the particle size of the PHB and PCL domains. The phase separation between the PHB and PCL phases was depressed due to an enhancement in their compatibility. DSC analysis suggested that the addition of PMSQ restricted the motion of PHB and PCL molecular chains and disrupted their spatial regularity， thus resulting in a decrease in crystallinity. In addition， TGA analysis indicated the addition of PMSQ increased the onset degradation temperature of the PHB/PCL blending systems and enhanced their thermal stability in accordance with the mass ratio of the two components.

Key words: polyhydroxybutyrate, polycaprolactone, polysiloxane, mechanical property, thermal stability

中图分类号:

TQ 320.72⁺1

陈海英, 张晨清, 张豪, 陈程, 金光远, 卫灵君. 聚（甲基）硅氧烷/聚羟基丁酸酯/聚己内酯复合膜的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 50-56.

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图/表 7

图1 PMSQ对不同比例PHB/PCL的ATR⁃FTIR光谱的影响

Fig.1 Effect of PMSQ on ATR⁃FTIR spectra of different ratios of PHB/PCL

图2 PMSQ对不同比例PHB/PCL薄膜力学性能的影响

Fig.2 Effect of PMSQ on mechanical properties of PHB/PCL films with different ratios

图3 PMSQ对不同比例PHB/PCL表面SEM形貌的影响

Fig.3 Effect of PMSQ on the surface SEM morphology of PHB/PCL with different ratios

图4 PMSQ对不同比例PHB/PCL膜DSC曲线的影响

Fig.4 Effect of PMSQ on the DSC curves of PHB/PCL films with different ratios

样品	第二次升温				降温					$X c$ /%
样品	T_m1/℃	H_m1/J·g^-1	T_m2/℃	H_m2/J·g^-1	T_c1/℃	H_c1/J·g^-1		T_c2/℃	H_c2/J·g^-1	PHB	PCL
PHB25/PCL75	51.71	35.20	171.14	17.64	19.60	35.49	68.90		13.61	48.33	34.51
PHB25/PCL75/PMSQ	51.44	35.56	168.98	16.09	18.05	35.91	80.17		13.35	44.08	34.86
PHB50/PCL50	51.59	21.70	168.65	42.28	20.81	23.01	75.80		28.94	57.92	31.91
PHB50/PCL50/PMSQ	52.77	21.98	170.85	39.81	19.75	21.58	79.15		27.34	54.53	32.32
PHB75/PCL25	49.99	15.16	168.05	63.48	10.09	14.34	74.97		54.65	57.97	44.59
PHB75/PCL25/PMSQ	51.59	11.75	171.22	68.06	10.83	11.15	81.07		54.19	62.16	35.56

样品	第二次升温				降温					$X c$ /%
样品	T_m1/℃	H_m1/J·g^-1	T_m2/℃	H_m2/J·g^-1	T_c1/℃	H_c1/J·g^-1		T_c2/℃	H_c2/J·g^-1	PHB	PCL
PHB25/PCL75	51.71	35.20	171.14	17.64	19.60	35.49	68.90		13.61	48.33	34.51
PHB25/PCL75/PMSQ	51.44	35.56	168.98	16.09	18.05	35.91	80.17		13.35	44.08	34.86
PHB50/PCL50	51.59	21.70	168.65	42.28	20.81	23.01	75.80		28.94	57.92	31.91
PHB50/PCL50/PMSQ	52.77	21.98	170.85	39.81	19.75	21.58	79.15		27.34	54.53	32.32
PHB75/PCL25	49.99	15.16	168.05	63.48	10.09	14.34	74.97		54.65	57.97	44.59
PHB75/PCL25/PMSQ	51.59	11.75	171.22	68.06	10.83	11.15	81.07		54.19	62.16	35.56

表1 PMSQ对不同比例PHB/PCL薄膜相关热性能参数的影响

Tab.1 Effect of PMSQ on thermal performance of PHB/PCL films with different ratios

表1 PMSQ对不同比例PHB/PCL薄膜相关热性能参数的影响

Tab.1 Effect of PMSQ on thermal performance of PHB/PCL films with different ratios

图5 PMSQ对不同比例的PHB/PCL薄膜的TGA曲线的影响

Fig.5 Effect of PMSQ on the TGA curves of PHB/PCL films with different ratios

样品	T_-5%/℃	T_-25%/℃	T_-50%/℃	T_-75%/℃	R_400℃/%
PHB25/PCL75	276	300	394	412	43.06
PHB25/PCL75/PMSQ	288	345	397	417	45.71
PHB50/PCL50	262	280	293	400	24.56
PHB50/PCL50/PMSQ	269	282	300	401	25.95
PHB75/PCL25	253	280	289	299	5.68
PHB75/PCL25/PMSQ	276	289	296	314	9.62

表2 PMSQ对不同比例的PHB/PCL薄膜的TGA相关参数的影响

Tab.2 Effect of PMSQ on thermal weight loss related parameters of PHB/PCL films with different ratios

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聚（甲基）硅氧烷/聚羟基丁酸酯/聚己内酯复合膜的制备及性能表征

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