高发泡倍率PBAT泡沫的制备及回弹性能的探究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.09.004

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (9): 19-27.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.09.004

高发泡倍率PBAT泡沫的制备及回弹性能的探究

焦洋¹^,², 王龙震¹^,², 蔡卓瑞¹^,², 刘荣昊¹^,², 张玉霞¹^,²(), 周洪福¹^,²

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.中国轻工业聚合物发泡材料加工与应用重点实验室，北京 100048

收稿日期:2023-05-23 出版日期:2023-09-26 发布日期:2023-09-18
通讯作者: 张玉霞（1965-），女，副教授，从事高性能塑料薄膜、聚烯烃发泡材料及可生物降解塑料等研究，zhangyux@th.btbu.edu.cn
E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn

Study on preparation and resilience of PBAT foams with high volume expansion ratio

JIAO Yang¹^,², WANG Longzhen¹^,², CAI Zhuorui¹^,², LIU Ronghao¹^,², ZHANG Yuxia¹^,²(), ZHOU Hongfu¹^,²

^1.College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Key Laboratory of Processing and Application of Polymeric Foams of China National Light Industry Council，Beijing 100048，China

Received:2023-05-23 Online:2023-09-26 Published:2023-09-18
Contact: ZHANG Yuxia E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

提出了一种绿色、简单、可行的方法来解决聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯（PBAT）高发泡倍率泡沫的皱缩问题。首先将扩链剂（CE）、泡孔稳定剂（GMS）与PBAT进行熔融共混，然后进行超临界二氧化碳发泡。结果表明，CE的加入使储能模量提高了3个数量级，复数黏度提高了2个数量级；随着GMS含量的增加，PBAT泡沫的尺寸稳定性逐渐提高，当CE和GMS的含量分别是2 %和1.8 %时，发泡倍率达到23.1倍，收缩率8 %，回弹率90 %，成功制备出具有良好回弹性和尺寸稳定性的高发泡倍率的PBAT泡沫。

关键词: 聚己二酸?对苯二甲酸丁二醇酯, 扩链, 超临界二氧化碳, 发泡, 高发泡倍率, 回弹

Abstract:

In this paper， a green， simple， and feasible method was developed for solving the shrinking problem of poly（butylene adipate⁃butylene terephthalate）（PBAT） foams with a high volume expansion ratio. Firstly， a chain extender （CE） and a cell stabiliser （GMS） were melt blended with PBAT， and then supercritical CO₂ was used to prepare PBAT foams. The rheological test results indicated that the addition of CE increased the energy⁃storage modulus by 3 orders of magnitude and the complex viscosity by 2 orders of magnitude. The dimensional stability of the PBAT foams increased gradually with an increase in the GMS content. The PBAT foams obtained an expansion ratio of 23.1 at a CE content of 2 wt% and a GMS content of 1.8 wt%， and their shrinkage rate and resilience rate was 8 % and 90 %， respectively. This indicated the successful preparation of the PBAT foams with a high expansion ratio， and excellent resilience， and good dimensional stability.

Key words: poly （butylene adipate?butylene terephthalate）, chain extension, supercritical carbon dioxide, foaming, high volume expansion ratio, resilience

中图分类号:

TQ323.4

焦洋, 王龙震, 蔡卓瑞, 刘荣昊, 张玉霞, 周洪福. 高发泡倍率PBAT泡沫的制备及回弹性能的探究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 19-27.

JIAO Yang, WANG Longzhen, CAI Zhuorui, LIU Ronghao, ZHANG Yuxia, ZHOU Hongfu. Study on preparation and resilience of PBAT foams with high volume expansion ratio[J]. China Plastics, 2023, 37(9): 19-27.

图/表 11

图1 PBAT、CE、GMS的分子结构式

Fig.1 General chemical structure of PBAT， CE and GMS

样品	PBAT/份	CE/份	GMS/份
纯PBAT	100	0	0
PBAT/CE2	100	2	0
PBAT/CE2/GMS0.6	100	2	0.6
PBAT/CE2/GMS1.2	100	2	1.2
PBAT/CE2/GMS1.8	100	2	1.8

表1 实验配方

Tab.1 Experimental formula

图2 扩链反应、CE和GMS反应

Fig.2 Chain extension and chemical reaction of CE and GMS

图3 各组PBAT样品、CE和GMS的红外光谱图

Fig.3 FTIR spectra of various PBAT samples， CE and GMS

图4 不同PBAT样品DSC的结晶和熔融曲线

Fig.4 Crystallization and melting DSC curves of different PBAT samples

样品	T_c/℃	ΔH_c/ J·g^-1	T_m/℃	ΔH_m/ J·g^-1	χ_c/%
纯PBAT	72.5	13.9	121.57	8.3	7.3
PBAT/CE2	87.24	3.9	127.34	1.8	1.56
PBAT/CE2/GMS0.6	89.02	5.54	126.89	2.122	1.82
PBAT/CE2/GMS1.2	89.33	5.786	127.08	2.113	1.80
PBAT/CE2/GMS1.8	89.32	5.742	127.1	2.153	1.82

表2 不同PBAT样品的热性能参数

Tab.2 Thermal parameters of various PBAT samples

图5 不同PBAT样品的G′、η*和tan δ与ω的关系

Fig.5 Dynamic shear rheological behavior of different PBAT samples

图6 不同PBAT样品的SEM照片（×250 ）

Fig.6 SEM photos of various PBAT foams

图7 不同PBAT泡沫的泡孔尺寸分布图

Fig.7 Cell size distribution of various PBAT foams

样品	泡孔尺寸/ μm	泡孔密度/ 个·cm^-3	发泡倍率	收缩率/ %
纯PBAT	-	-	4.1	-
PBAT/CE2	99.69	1.36×10⁶	32.84	19
PBAT/CE2/GMS0.6	80.30	1.57×10⁶	31.57	14.6
PBAT/CE2/GMS1.2	75.43	2.4×10⁶	28.65	10
PBAT/CE2/GMS1.8	71.99	3.1×10⁶	23.1	8

表3 不同PBAT泡沫样品的发泡性能参数

Tab.3 Cell morphology of various PBAT foams

图8 不同PBAT泡沫的10次循环压缩曲线图

Fig.8 10⁃cycle compression curves of various PBA T foams

参考文献 20

1	ZHENG Y， PAN P J. Crystallization of biodegradable and biobased polyesters： Polymorphism， cocrystallization， and structure⁃property relationship［J］. Progress in Polymer Science， 2020， 109， 101291.
2	LEE M H， LEE J， JUNG S K， et al. Kang. A biodegradable secondary battery and its biodegradation mechanism for eco⁃friendly energy⁃storage systems［J］. Advanced Materials， 2021， 33， 2004902.
3	HE Y Y， LI S， ZHOU L， et al. Cellulose nanofibrils⁃based hybrid foam generated from Pickering emulsion toward high⁃performance microwave absorption［J］. Carbohydrate Polymers， 2021， 255， 117333.
4	QIAO Y H， Li Q， JALALI A， et al. In⁃situ microfibrillated poly （ε⁃caprolactone）/poly （lactic acid） composites with enhanced rheological properties， crystallization kinetics and foaming ability［J］. Composites Part B， 2021， 208， 108594.
5	王杰，王泽云，辛德华，等. PBAT改性及其发泡材料的研究进展［J］. 高分子通报， 2023， 36（02）： 191⁃199.
	WANG J， WANG Z Y， XIN D H， et al. Research progress of PBAT modification and its foaming materials ［J］. Polymer Bulletin， 2023， 36（02）： 191⁃199.
6	TIAN H L， WANG Z P， JIA S L， et al. Biodegradable foaming material of poly（butylene adipate⁃co⁃ terephthalate）（PBAT）/poly（propylene carbonate）（PPC）［J］. Chinese Journal of Polymer Science， 2022， 40（2）， 208⁃219.
7	LI Y T， ZHANG Z Y， WANG W M， et al. Ultra⁃fast degradable PBAT/PBS foams of high performance in compression and thermal insulation made from environment⁃friendly supercritical foaming［J］. The Journal of Supercritical Fluids， 2022， 181， 105512.
8	HU D D， XUE K， LIU Z， et al. The essential role of PBS on PBAT foaming under supercritical CO₂ toward green engineering［J］. Journal of CO₂ Utilization， 2022， 60， 101965.
9	WANG Z Z， ZHAO J C， WANG G L， et al. Lightweight， low⁃shrinkage and high elastic poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） foams achieved by microcellular foaming using N⁃2 & CO₂ as co⁃blowing agents［J］. Journal of CO₂ Utilization， 2022， 64， 102149.
10	LI X J， TAN D Y， XIE L， et al. Effect of surface property of halloysite on the crystallization behavior of PBAT［J］. Applied Clay Science， 2018， 157： 218⁃226.
11	ZHOU X B， MOHANTY A， MISRA M. A new biodegradable injection moulded bioplastic from modified soy meal and poly （butylene adipate⁃co⁃terephthalate）： effect of plasticizer and denaturant［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2013， 21（3）： 615⁃622.
12	VENKATESAN R， RAJESWARI N. Preparation， mechanical and antimicrobial properties of SiO₂/poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） films for active food packaging［J］. Silicon， 2016， 11（5）： 2 233⁃2 239.
13	张宇，王成玲，张杰. 聚乳酸辐照交联改性的研究进展［J］. 现代塑料加工应用， 2014， 26（05）： 61⁃63.
	ZHANG Y， WANG C L， ZHANG J. Research progress of radiation-induced crosslinking PLA ［J］. Modern Plastics Processing and Applications， 2014， 26（05）： 61⁃63.
14	陈聪博，范烁，张锐，等. PVDF/PMMA共混物非等温结晶动力学和晶体结构［J］. 中国塑料， 2022，36（11）： 59⁃66.
	CHEN C B， FAN S， ZHANG R， et al. Non-isothermal crystallization kinetics and crystal structure of PVDF/PMMA blends ［J］. China Plastics， 2022， 36（11）： 59⁃66.
15	SHI X T， QIN J B， WANG L， et al. Introduction of stereocomplex crystallites of PLA for the solid and microcellular poly（lactide）/poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） blends［J］. RSC Advances. 2018， 8（22）： 11850⁃11861.
16	NAGUIB H E， PARK C B， SONG S W. Effect of supercritical gas on crystallization of linear and branched polypropylene resins with foaming additives［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2005， 44（17）： 6685⁃6691.
17	DIECKMANN D， HOLTZ B. Aging modifiers for extruded LDPE foam［J］. Journal of Vinyl and Additive Technology. 2000， 6（1）： 34⁃38.
18	RIZVI A， CHU R K， LEE J H， et al. Superhydrophobic and oleophilic open⁃cell foams from fibrillar blends of polypropylene and polytetrafluoroethylene［J］. ACS applied materials & interfaces， 2014， 6（23）： 40⁃21131.
19	CAO Y Y， P Y Y， D X， et al. To clarify the resilience of PEBA/MWCNT foams via revealing the effect of the nanoparticle and the cellular structure［J］. ACS Applied Polymer Materials， 2021， 3（8）： 3 766⁃3 775.
20	WANG X L， WANG Y Q， WANG X D， Fabrication strategy for long⁃chain branched polypropylene foams with high resilience and compressive strength［J］. Journal of Applied Polymer Science. 2022， 139（42）， e53016.

[1]	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.
[2]	徐杰李广富付栋梁钟进福. PE-LD/PE-HD/CSW的共混改性及发泡性能研究[J]. , 2023, 37(6): 31-36.
[3]	徐杰付栋梁包俊杰李城城钟进福李广富. 辐照交联PVC/环氧树脂固化复合发泡材料的制备及性能[J]. , 2023, 37(3): 35-41.
[4]	翁城武, 郑玉婴. 耐低温慢回弹聚氨酯海绵材料制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 51-55.
[5]	苗丹, 宋玉平, 王文倩. 我国中空吹塑行业发展现状及“十四五”期间重点产品、工艺和设备发展方向[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 57-62.
[6]	李娟, 李莹, 郭晓林, 张晨. 中国挤出聚苯乙烯（XPS）泡沫行业CO₂混合发泡技术安全生产规范[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 160-166.
[7]	郭孝磊, 罗静云, 丁欣, 王雨辰, 聂铭罕, 宋佳洁, 张艳娥, 胡晶. PHBV扩链改性及其发泡行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 73-79.
[8]	雷育杰, 陈明焕, 王洁瑶, 陈旺治, 李磊. 回收聚乙烯的交联发泡及其产品性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 124-129.
[9]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[10]	冀峰, 龚炜华, 张艳, 罗水源, 于庆雨, 朱君秋, 郭江彬. 超临界二氧化碳釜压发泡法制备生物可降解PBAT发泡颗粒[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 122-126.
[11]	翟玉娇, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞, 乔林军. 聚丙烯/超临界氮气微孔注塑充模过程工艺参数研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 69-74.
[12]	宋仁达, 武高健, 陈俊翔, 张有忱, 杨卫民, 谢鹏程. 微孔发泡PP/PET/CNTs复合材料的制备及其电磁屏蔽效能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 1-7.
[13]	翟玉娇, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞, 乔林军. 微发泡注塑制品表面质量的优化研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 19-26.
[14]	李琪微, 王翠翠, 郑海军, 陈季荷, 王戈, 程海涛. 挤出循环对聚丙烯/竹粉复合材料力学及发泡性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 56-60.
[15]	李万隆, 杨卫民, 兰天杰, 李好义, 丁玉梅, 仇永宏. 超临界流体在塑料加工中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 112-117.

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