聚乙二醇二缩水甘油醚对PLA/PBAT共混材料相容性及性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.004

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (8): 20-27.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.004

聚乙二醇二缩水甘油醚对PLA/PBAT共混材料相容性及性能的影响

赵萌萌, 杨红娟, 沈思宇, 冯硕, 张伟蒙, 胡晶()

北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048

收稿日期:2023-06-02 出版日期:2023-08-26 发布日期:2023-08-21
通讯作者: 胡晶（1982—），女，副教授，从事生物降解材料及降解机理，高性能3D打印材料、聚合物、金属及其复合材料3D打印成型工艺及机制研究，hujing@th.btbu.edu.cn
E-mail:hujing@th.btbu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFC2104600)

Effect of poly（ethylene glycol diglycidyl ether） on compatibility and properties of PLA/PBAT blends

ZHAO Mengmeng, YANG Hongjuan, SHEN Siyu, FENG Shuo, ZHANG Weimeng, HU Jing()

College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2023-06-02 Online:2023-08-26 Published:2023-08-21
Contact: HU Jing E-mail:hujing@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE）为相容剂与聚乳酸（PLA）和聚己二酸⁃对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）通过转矩流变仪进行熔融共混。通过傅里叶变换全反射红外光谱仪（ATR⁃FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）等探究了不同含量PEDGDE对PLA/PBAT共混体系断面微观形貌、热性能、力学强度等性能的影响。结果表明，与未加PEGDGE的PLA/PBAT的共混体系相比，加入3份PEGDGE时，材料的断裂伸长率可由14.6 %增加至38.9 %，是PLA/PBAT的2.7倍。加入PEGDGE后，PLA/PBAT共混体系冷结晶向低温移动，且加入5份PEGDGE时，结晶度有明显提升。

关键词: 聚乳酸, 聚己二酸?对苯二甲酸丁二醇酯, 聚乙二醇二缩水甘油醚, 增容剂

Abstract:

Poly（lactic acid）（PLA） and poly（adipic acid⁃butylene terephthalate）（PBAT） were melt blended by using a torque rheometer with poly（ethylene glycol diglycidyl ether）（PEGDGE） as a compatibilizer. The effect of PEDGDE content on the properties of PLA/PBAT blends such as cross⁃sectional microscopic morphology， thermal properties， and mechanical strength was investigated using Fourier⁃transform infrared spectroscopy， scanning electron microscopy， and differential scanning calorimetry， etc. The results indicated that compared to the blending system without a compatibilizer， the PLA/PBAT/PEDGDE blends achieved an increase in elongation at break from 14.6 % to 38.9 %. Such a result was 2.7 times higher than that of PLA/PBAT. Due to the presence of PEGDGE， the PLA/PBAT blending system showed a shift of cold crystallization peak towards a low temperature， and its crystallinity increased significantly when 5 parts of PEGDGE were added.

Key words: poly（lactic acid）, poly（adipic acid?butylene glycol terephthalate）, poly（ethylene glycol diglycidyl ether）, compatibilizer

中图分类号:

TQ314.2

赵萌萌, 杨红娟, 沈思宇, 冯硕, 张伟蒙, 胡晶. 聚乙二醇二缩水甘油醚对PLA/PBAT共混材料相容性及性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 20-27.

ZHAO Mengmeng, YANG Hongjuan, SHEN Siyu, FENG Shuo, ZHANG Weimeng, HU Jing. Effect of poly（ethylene glycol diglycidyl ether） on compatibility and properties of PLA/PBAT blends[J]. China Plastics, 2023, 37(8): 20-27.

图/表 13

PLA/份	PBAT/份	PEGDGE（Aladdin）/份
70	30	0
70	30	1
70	30	3
70	30	5

表 1 PLA/PBAT/PEGDGE（Aladdin）共混体系配方

Tab.1 Formula of PLA/PBAT/PEGDGE （Aladdin） blend systems

PLA/份	PBAT/份	PEGDGE（yuanye）/份
70	30	0
70	30	1
70	30	3
70	30	5

表 2 PLA/PBAT/ PEGDGE（yuanye）共混体系配方

Tab.2 Formula of PLA/PBAT/PEGDGE （yuanye） blend systems

图1 反应性增容机理

Fig.1 Mechanism of reactive capacity expansion

图2 样品的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of the samples

图3 PLA/PBAT/PEGDGE（Aladdin）共混体系的流变行为曲线

Fig.3 Rheological behavior of PLA/PBAT/PEGDGE （Aladdin） blends

图4 PLA/PBAT/PEGDGE（yuanye）共混体系的流变行为曲线

Fig.4 Rheological behavior of PLA/PBAT/PEGDGE （yuanye） blends

图5 PLA/PBAT/PEGDGE（Aladdin）共混体系的SEM照片

Fig.5 SEM images of PLA/PBAT/PEGDGE （Aladdin） blends

图6 PLA/PBAT/PEGDGE（yuanye）共混体系的SEM照片

Fig.6 SEM images of PLA/PBAT/PEGDGE （yuanye） blends

图7 PLA/PBAT/PEGDGE共混体系的DSC曲线

Fig.7 DSC curves of PLA/PBAT/PEGDGE blends

PEGDGE（Aladdin）含量/份	玻璃化转变温度/℃	冷结晶温度/℃	熔融温度/℃	冷结晶焓/J·g^-1	熔融焓/J·g^-1	结晶度/%
0	60.6	104.4	168.3	16.3	22.1	8.9
1	58.3	102.3	169.0	20.2	23.1	4.5
3	52.3	104.1	166.6	18.2	22.5	6.6
5	46.1	95.9	166.4	13.2	23.3	15.5

表3 PLA/PBAT/PEGDGE（Aladdin）共混体系的热性能

Tab.3 Thermal performance of PLA/PBAT/PEGDGE （Aladdin） blends

PEGDGE（yuanye）含量/份	玻璃化转变温度/℃	冷结晶温度/℃	熔融温度/℃	冷结晶焓/J·g^-1	熔融焓/J·g^-1	结晶度/%
0	60.6	104.4	168.3	16.3	22.1	8.9
1	57.2	102.7	168.2	18.9	20.8	2.9
3	52.9	94.9	168.4	19.1	25.8	10.3
5	45.4	86.2	165.4	17.0	27.3	15.8

表4 PLA/PBAT/PRGDGE共混体系（yuanye）的热性能

Tab.4 Thermal performance of PLA/PBAT/PEGDGE （yuanye） blends

图8 PLA/PBAT/PEGDGE共混体系的TG曲线

Fig.8 TG curves of PLA/PBAT/PEGDGE blends

图9 PLA/PBAT/PEGDGE共混体系的力学性能

Fig.9 Mechanical properties of PLA/PBAT/PEGDGE blends

参考文献 30

1	朱琳.推动中国塑料循环经济发展实现“双碳”目标与塑料污染治理的双赢［J］. 可持续发展经济导刊，2022，38（8）：35⁃37.
2	薛溪睿.可降解塑料发展现状及未来展望［J］.山东化工，2022，51（16）：100⁃103.
	XUE X R. Current status and prospects of biodegradable plastics industry［J］.Shan Dong Chemical Industry，2022，51（16）：100⁃103.
3	DING Y， ZHANG C， OU C C，et al. Effect of talc and diatomite on compatible， morphological， and mechanical behavior of PLA/PBAT blends［J］. Packaging Technology and Science，2023，36（2）：81⁃95.
4	杨尚山，尚鹏鹏，徐静，等. 生物降解PBAT/PLA/生物质垃圾袋的制备和表征［J］. 中国塑料，2022，36（11）：127⁃132.
	YANG S S， SHANG P P， XU J，et al. Preparation and characterizations of biodegradable PBAT/PLA/biomass garbage bags［J］. China Platics， 2022，36（11）：127⁃132.
5	孙雪，金琰，蔡凡凡，等. 生物可降解塑料研究进展与前沿的CiteSpace分析［J］. 北京化工大学学报（自然科学版），2023，50（1）：1⁃10.
	SUN X， JIN Y， CAI F F，et al. A study based on CiteSpace of research advances and frontiers for biodegradable plastics［J］. Journal of Beijing University of Chemical Technology （Natural Science），2023，50（1）：1⁃10.
6	何和智，杨以科，赵健雄. 一种高效制备高性能PLA/PBAT复合材料的方法及其性能研究［J］.中国塑料， 2023， 37（3）：1⁃6.
	HE H Z， YANG Y K， ZHAO J X. Study on high⁃efficient preparation and properties of high⁃performance PLA/PBAT compounds［J］. China Platics，2023，37（3）：1⁃6.
7	高尧，李玲梦，孔祥威，等. 3D打印用聚乳酸复合材料进展［J］. 塑料， 2022， 51（3）： 73⁃76，87.
	GAO Y， LI L M， KONG X W，et al. Research progress of PLA composite for 3D printing［J］. Plastic，2022， 51（3）： 73⁃76，87.
8	Marica Bianchi， Andrea Dorigato， Marco Morreale，et al.Evaluation of the physical and shape memory properties of fully biodegradable poly（lactic acid）（PLA）/poly（butylene adipate terephthalate）（PBAT） blends［J］. Polymers， 2023，15（4）： 15040881.
9	陈春晖，吉强，许多，等. PLA/麻纤维复合材料研究进展［J］. 工程塑料应用，2020，48（12）： 151⁃156.
	CHEN C H， Ji Q， XU D， et al. Research progress of PLA/hemp fiber composites［J］. Engineering Plastics Appllcation，2020，48（12）： 151⁃156.
10	LI P， JIANG Y X， CHEN J，et al. Preparation of high⁃performance PLA/PBAT blends with hierarchical structure by controlling distribution of oriented region［J］. Journal of Polymer Research，2023，30（3）：128.
11	PEI P， ZOU R， ZHANG C M，et al. Optimization of alkali⁃treated banana pseudo⁃stem fiber/PBAT/PLA bio⁃composite for packaging application using response surface methodology［J］. BioResources，2023，18（1）：39⁃59.
12	赛华捷，王翔宇，刘烨，等. PLA/PBAT/OMMT纳米复合材料的制备及其结构与性能研究［J］.中国塑料，2018，32（7）：52⁃57.
	SAI H J， WANG X Y， LIU Y，et al. Preparation， microstructure and preformance of PLA/PBAT/OMMT nanocomposities［J］. China Platics， 2018，32（7）：52⁃57.
13	Rebelo Rafael C， P C Gonçalves Luís， Fonseca Ana C，et al. Increased degradation of PLA/PBAT blends with organic acids and derivatives in outdoor weathering and marine environment［J］. Polymer，2022，256： 125223.
14	Thendral Thiyagu T， Gokilakrishnan G， Uvaraja V C，et al. Effect of SiO₂/TiO₂ and ZnO nanoparticle on cardanol oil compatibilized PLA/PBAT biocomposite packaging film［J］. Silicon， 2022，14（7）：3 795⁃3 808.
15	史向阳，夏学莲，赵海鹏，等. PBAT/PLA共混体系反应性增容机理研究进展［J］.包装工程，2023，44（3）：61⁃72.
	SHI X Y， XIA X L， ZHAO H P，et al. Research progress of reactive compatibilization mechanism of PBAT/PLA blend system［J］ Packaging Engineering，2023，44（3）：61⁃72.
16	夏学莲，史向阳，赵海鹏，等.环氧/异氰酸酯扩链增容PBAT/PLA复合材料的机理研究进展［J］.化工新型材料，2023，51（3）：266⁃274.
	XIA X L， SHI X Y， ZHAO H P，et al. Progress on mechanism of epoxy/isocyanate chain⁃enlarging compatibilization of PBAT/PLA composites［J］. New Chemical Matelals，2023，51（3）：266⁃274.
17	刘伟，何仕成，张纯，等. 环氧基POSS对PLA/PBAT共混材料发泡行为的影响［J］.中国塑料，2017，31（11）：53⁃59.
	LIU W， HE S C， ZHANG C，et al. Effect of epoxy⁃based POSS on foaming behavior of PLA/PBAT blends［J］. China Platics， 2017，31（11）： 53⁃59.
18	ZHEN X N， ZENG Z， JU Y L，et al. Design of biodegradable PLA/PBAT blends with balanced toughness and strength via interfacial compatibilization and dynamic vulcanization［J］Polymer，2023，266： 125620.
19	胡晨曦，王宇韬，吕明福，等.滑石粉改性PBAT/PLA复合材料的制备及性能研究［J］.塑料科技，2022，50（7）：44⁃48.
	HU C X， WANG Y T， LU M F，et al. Preparation and properties of talcum modified PBAT/PLA composites［J］. Plastics Science and Technology，2022，50（7）：44⁃48.
20	Kumar Mukesh， Nayak S K， Mohanty S， et al.Effect of glycidyl methacrylate （GMA） on the thermal， mechanical and morphological property of biodegradable PLA/PBAT blend and its nanocomposites［J］.Bioresource Technology，2010，101（21）：8 403⁃8 415．
21	黄宏巍，谢丽锦，余秋豪，等.原位反应制备超韧PLA/PBAT共混物［J］. 塑料科技，2019，47（1）：78⁃84.
	HUANG H W， XIE L J， YU Q H，et al. Preparation of ultra⁃high toughness PLA/PBAT blends by in⁃situ reaction［J］. Plastics Science and Technology，2019，47（1）：78⁃84.
22	MING M H， ZHOU Y C， WANG L D，et al. Effect of polycarbodiimide on the structure and mechanical properties of PLA/PBAT blends［J］. Journal of Polymer Research，2022，29（9）： 2⁃9
23	付倩，郑雨欣，张雪蕊，等. 成核剂和扩链剂对PLA/PBAT共混体系性能影响［J］.塑料科技，2021，49（12）：42⁃46.
	FU Q， ZHENG Y X， ZHANG X R，et al. Effects of nucleating agent and chain extender on properties of PLA/PBAT blends［J］. Plastics Science and Technology，2021，49（12）：42⁃46.
24	史鹏伟，郭品强，汤俊杰. 高环氧基功能聚合物对PBAT/PLA复合材料性能的影响［J］.工程塑料应用，2022，50（7）：140⁃146，153.
	SHI P W， GUO P Q， TANG J J. Influence of high epoxy groups functional polymer on the properties of PBAT/PLA composites［J］. Engineering Plastics Appllcation，2022，50（7）：140⁃146，153.
25	WANG B， JIN Y J， KANG K E，et al. Investigation on compatibility of PLA/PBAT blends modified by epoxy⁃terminated branched polymers through chemical micro⁃crosslinking［J］. E⁃Polymers，2020，20（1）：39⁃54.
26	Pereira E C L， Soares B G， Jesus R B， et al. DGEBA⁃based ерoxy resin as compatibilizer for biodegradable poly（lactic acid）/poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） blends［J］. Macromolecular Symposia，2018，381：1800133.
27	莫智翔，刘小超，刘跃军，等. 苯乙烯⁃马来酸酐共聚物对PLA/PBAT共混物的相形态及其性能的影响［J］. 复合材料学报，2023，40（4）：2 096⁃2 106.
	MO Z H， LIU X C， LIU Y J，et al. Effect of styrene⁃maleic anhydride on phase morphology and properties of PLA/PBAT blends［J］. Acta Materiae Compositae Sinica，2023，40（4）：2 096⁃2 106.
28	赵海鹏，胡顺朋，夏学莲，等. 扩链剂增容PBAT/PLA共混体系结构及性能［J］. 工程塑料应用，2021，49（10）：131⁃137.
	ZHAO H P， HU S P， XIA X L，et al. Structures and properties of PBAT/PLA composites with chain extender［J］. Engineering Plastics Application， 2021，49（10）：131⁃137.
29	杨楠，王希媛，翁云宣，等. 三乙酸甘油酯对PLA/PBAT共混体系性能影响［J］. 生物工程学报，2016，32（6）：839⁃847.
	YANG N， WANG X Y， WENG Y X，et al. Effect of glyceryl triacetate on properties of PLA/PBAT blends［J］. Chinese Journal of Biotechnology，2016，32（6）：839⁃847.
30	Li F， Zhang C， Weng Y. Improvement of the gas barrier properties of PLA/OMMT films by regulating the interlayer spacing of OMMT and the crystallinity of PLA［J］. ACS Omega，2020，5（30）：18 675⁃18 684.

[1]	王磊, 赵敏, 翁云宣, 张彩丽. 机器学习在聚乳酸加工及性能预测中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 127-134.
[2]	汪杰, 张伟蒙, 胡晶. 聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 1-7.
[3]	孟鑫, 王小龙, 公维光, 金谊. “三源一体”壳核型阻燃剂的制备及其在聚乳酸中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 96-104.
[4]	宋丹阳, 郑红娟, 李一龙. 聚乳酸基油水分离材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 187-192.
[5]	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.
[6]	沈雪梅, 朱小龙, 胡燕超, 宋任远, 张现峰, 李席. 静电喷雾法制备聚乳酸/布洛芬微球及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 61-67.
[7]	周舒毅, 朱敏, 刘忆颖, 曹舒惠, 蔡启轩, 聂慧, 张玉霞, 周洪福. 高分子止血材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 74-84.
[8]	邵琳颖, 郗悦玮, 翁云宣. 可降解聚乳酸复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 155-164.
[9]	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.
[10]	李梦琪, 陈雅君. 纳米材料阻燃聚乳酸的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 102-114.
[11]	孙滔, 杨青, 胡健, 王洋样, 刘博, 云雪艳, 董同力嘎. 聚（乳酸⁃乙醇酸）薄膜制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 33-40.
[12]	杨尚山, 尚鹏鹏, 徐静, 解加卓, 张坤, 张丽丽. 可生物降解PBAT/PLA/生物质垃圾袋的制备和表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 127-132.
[13]	李桂丽, 余秋然, 郝明亮, 李海梅. 苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 51-58.
[14]	王振华, 杨正, 琚澳迎, 鲁世科, 刘保英, 房晓敏, 丁涛, 徐元清. 不同增容剂对玻璃纤维增强聚甲醛复合材料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 53-60.
[15]	毛晨, 刘番, 鄂毅, 邹姝燕, 龚兴厚. 纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 9-14.

聚乙二醇二缩水甘油醚对PLA/PBAT共混材料相容性及性能的影响

Effect of poly（ethylene glycol diglycidyl ether） on compatibility and properties of PLA/PBAT blends

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献 30

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价