端环氧型超支化聚酯对聚乳酸/滑石粉复合材料性能的影响研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.006

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (5): 36-42.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.006

端环氧型超支化聚酯对聚乳酸/滑石粉复合材料性能的影响研究

冯硕, 周舒毅, 焦洋, 胡淼, 张若轩, 靳玉娟()

北京工商大学轻工科学与工程学院，北京 100048

收稿日期:2024-09-04 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-05-22
通讯作者: 靳玉娟（1983—），女，教授，从事生物基与降解高分子材料的改性研究，jinyujuan@th.btbu.edu.cn
E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn
基金资助:
大学生科研与创业行动计划和实培计划(S202410011020);北京高校大学生创新创业训练校际合作计划项目(202498022)

Effect of epoxy⁃terminated hyperbranched polyester on properties of poly（lactic acid）/talc blends

FENG Shuo, ZHOU Shuyi, JIAO Yang, HU Miao, ZHANG Ruoxuan, JIN Yujuan()

College of Light Industry Science and Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2024-09-04 Online:2025-05-26 Published:2025-05-22
Contact: JIN Yujuan E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

合成了端环氧基超支化聚酯（EHBP），将其与聚乳酸（PLA）/滑石粉熔融共混制得PLA/滑石粉/EHBP复合材料，并通过接触角测量仪、红外光谱仪（FTIR）、万能试验机、差示扫描量热仪（DSC）、热失重分析仪（TG）和扫描电子显微镜（SEM）等对其表面疏水性能、分子结构、力学性能、结晶性能、热性能及微观形貌等进行了表征。结果表明EHBP的加入使PLA/滑石粉复合材料结晶度降低；EHBP添加量为2份时PLA和滑石粉相容性最好；添加EHBP对PLA/滑石粉复合材料起到增强增韧作用。相对于PLA/滑石粉复合材料，当EHBP添加量为2份时，PLA/滑石粉/EHBP复合材料的力学性能提升最大，断裂伸长率提升了29.3 %，冲击性能提升了49.8 %，拉伸强度提升了31.3 %。

关键词: 聚乳酸, 滑石粉, 端环氧型超支化聚酯, 相容性

Abstract:

In this paper， epoxy⁃terminated hyperbranched polyester （EHBP） were synthesized and then blended with poly（lactic acid）（PLA） and talc powders through melt blending to obtain PLA/talc/EHBP composites. The surface hydrophobic properties， crystallization properties， molecular structure， mechanical properties， thermal properties， and microstructures of the blends were characterized by contact angle measurement， differential scanning calorimetry， Fourier⁃transform infrared spectroscopy， universal testing machine， thermogravimetric analyzer， and scanning electron microscopy. The results indicated that the addition of EHBP reduced the degree of crystallinity of PLA. The compatibility between PLA and talc powders was best for the composites at a EHBP content of 2 phr. The addition of EHBP enhanced the mechanical properties and toughness of the composites. The composites obtained a significant improvement in the mechanical properties at a EHBP content of 2 phr， leading to an increase in elongation at break by 29.3 %， in impact strength by 49.8 %， and in tensile strength by 31.3 %.

Key words: poly（lactic acid）, talc, epoxy?terminated hyperbranched polyester, compatibility

中图分类号:

TQ321

冯硕, 周舒毅, 焦洋, 胡淼, 张若轩, 靳玉娟. 端环氧型超支化聚酯对聚乳酸/滑石粉复合材料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 36-42.

FENG Shuo, ZHOU Shuyi, JIAO Yang, HU Miao, ZHANG Ruoxuan, JIN Yujuan. Effect of epoxy⁃terminated hyperbranched polyester on properties of poly（lactic acid）/talc blends[J]. China Plastics, 2025, 39(5): 36-42.

图/表 9

图1 （a） EHBP、（b）不同EHBP含量PLA/滑石粉复合材料的FTIR谱图及（c） PLA/滑石粉/EHBP复合材料化学反应和氢键作用示意图

Fig.1 FTIR spectra of the （a） EHBP and （b） PLA/talc composites with different EHBP contents，and （c） schematic diagram of chemical reaction and hydrogen bonding of the PLA/talc/EHBP composites

图2 不同组分的DSC曲线

Fig.2 DSC curves of different components

样品EHBP含量/份	T_C/℃	△H_C/J·g^-1	T_m1/℃	T_m2/℃	△H_m/J·g^-1	X_c/%	G/%
0	105.61	21.77	158.32	165.61	27.43	29.27	—
1	105.01	22.25	157.95	165.17	26.65	27.32	2.84
2	104.80	22.17	158.14	165.93	25.09	25.51	8.53
3	104.02	21.77	158.06	165.27	22.77	25.05	16.99
5	104.27	21.57	156.86	164.81	22.10	24.83	19.43
8	104.68	21.46	156.12	164.32	21.35	24.76	22.17

表1 不同含量 EHBP 复合材料的热力学参数

Tab.1 Thermodynamic parameters of composites with different EHBP content

图3 不同EHBP含量样品的熔体流动速率

Fig.3 Melt flow rate of the samples with different EHBP contents

图4 不同EHBP含量样品的（a）TG和（b）DTG曲线

Fig.4 （a）TG and （b）DTG curves of the composites with different EHBP contents

样品EHBP含量/份	T_d5/℃	T_d10/℃	T_dmax/℃
0	310.5	329.3	360.7
1	310.0	328.8	361.7
2	309.6	328.3	362.7
3	309.9	328.6	359.6
5	309.8	328.7	356.9
8	307.7	326.4	351.2

表2 PLA/滑石粉/EHBP复合材料的热重数据

Tab.2 Thermal weight data of the PLA/talc/EHBP composites

图5 PLA/滑石粉/EHBP的（a）断裂伸长率及冲击性能，（b）拉伸强度，（c）应力⁃应变曲线和（d）邵氏硬度

Fig.5 （a） elongation at break and impact properties，（b） tensile strength，（c） stress⁃strain curve and （d） Shore hardness of the PLA/talc/EHBP

图6 样品的接触角

Fig.6 Contact angles of the samples

图7 不同EHBP含量PLA/滑石粉/EHBP复合材料的SEM照片

Fig.7 SEM images of PLA/talc/EHBP composites with different EHBP contents

参考文献 39

1	丁燕，江驰，潘剑婷，等. 无机填料增强增韧聚乳酸基生物可降解材料的研究进展［J］. 云南化工， 2024， 51（06）： 18⁃21.
	DING Y， JIANG C， PAN J T， et al. Research progress on strengthening and toughening polylactic acid biodegradable materials by inorganic fillers ［J］. Yunnan Chemical Industry， 2024， 51（06）： 18⁃21.
2	BALDOWSKA⁃WITOS P， KRUSZELNICKA W， KASNER R， et al. Application of LCA method for assessment of environmental impacts of a polylactide （PLA） bottle shaping ［J］. Polymers， 2020， 12（2）：388.
3	ASGHER M， QAMAR S A， BILAL M， et al. Bio⁃based active food packaging materials： Sustainable alternative to conventional petrochemical⁃based packaging materials ［J］. Food Research International， 2020， 137：109625.
4	DING S， FANG C， WANG X， et al. Crystallization⁃driven microstructure changes during microphase separation for environment⁃friendly thermoplastic triblock copolymer elastomers ［J］. Polymer， 2020， 186：121993.
5	刘丰颉，李伟，彭新洋， et al. 聚乳酸的制备、改性及应用进展研究［J］. 塑料科技， 2024， 52（05）： 156⁃160.
	LIU F J， LI W， PENG X Y， et al. Preparation， modification and application of polylactic acid ［J］. Plastic Science and Technology， 2024， 52（05）： 156⁃160.
6	李羽佳，王喜明，姚利宏，等. 功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料研究进展［J］. 塑料， 2024， 53（03）： 104⁃108.
	LI Y J， WANG X M， YAO L H， et al. Research progress of functional plant fiber reinforced polylactic acid composites ［J］. Plastics， 2024， 53（03）： 104⁃108.
7	王培，冯嘉玮，邓祎慧，等. 聚乳酸材料性能改进研究进展［J］. 安徽化工， 2024， 50（02）： 9⁃13.
	WANG P， FENG J W， DENG Y H， et al. Research progress on improving properties of polylactic acid materials ［J］. Anhui Chemical Industry， 2024， 50（02）： 9⁃13.
8	邓惠文. 生物降解聚乳酸增韧及其耐热改性研究［D］. 长春工业大学： 2024.
9	江闻欣，张广翔，杨可，等. 全生物降解高抗冲PLA/PBAT复合材料的制备与性能［J］. 辽宁石油化工大学学报，2024，44（05）：31⁃37.
	JIANG W X， ZHANG G X， Yang K， et al. Preparation and properties of fully biodegradable PLA/PBAT composites with high impact resistance ［J］. Journal of Liaoning Shihua University，2024，44（05）：31⁃37.
10	刘美意，张镇鹏，马凤国. 硅橡胶⁃聚丙烯酸酯微球增韧聚乳酸研究［J］. 合成材料老化与应用， 2024， 53（03）： 11⁃13.
	LIU M Y， ZHANG Z P， MA F G. Study on toughening polylactic acid with silicone rubber⁃polyacrylate microspheres ［J］. Aging and Application of Synthetic Materials， 2024， 53（03）： 11⁃13.
11	黄晓兰，李彩玲，刘幸琪，等. 绿色可降解生物高分子聚乳酸改性及应用研究进展［J］. 工程塑料应用， 2021， 49（07）： 162⁃166.
	HUANG X L， LI C L， LIU X Q， et al. Research progress on modification and application of green biodegradable polylactic acid ［J］. Engineering Plastics Application， 2021， 49（07）： 162⁃166.
12	胡晨曦，王宇韬，祝桂香，等. 无机填料在生物可降解塑料改性的应用进展［J］. 塑料科技， 2022， 50（08）： 83⁃87.
	HU C X， WANG Y T， ZHU G X， et al. Progress in the application of inorganic fillers to the modification of biodegradable plastics ［J］. Plastic Science and Technology， 2022， 50（08）： 83⁃87.
13	MAK S L， WU M Y T， TANG W F， et al. A review on mechanical properties modification of polymer with talc powder［C］//Proceedings of the IEEE international symposium on product compliance engineering ⁃ Asia （IEEE ISPCE⁃ASIA）.Taipei：2021.
14	孙闯闯，丁建萍，魏志和，等. 耐水解PLA/PBS/滑石粉复合材料的制备及性能［J］. 现代塑料加工应用， 2024， 36（02）： 33⁃36.
	SUN C C， DING J P， WEI Z H， et al. Preparation and properties of hydrolyzable PLA/PBS/talc composites ［J］. Modern plastics processing and application， 2024， 36（02）： 33⁃36.
15	韩嘉晖，黄汉雄，黄宇霄.滑石粉和PLA⁃g⁃MAH对聚乳酸结晶性能和熔体强度的改善［J］.高等学校化学学报，2018，39（09）：2 089⁃2 097.
	HAN J， HUANG H， HUANG Y. Improving crystallization behavior and meltstrength of poly（lactic acid）via·adding talc and PLA⁃g⁃MAH［J］. Chemical Journal of Chinese Universities， 2018，39（9）：2 089⁃2 097.
16	HAO Y， TIAN H， CHEN J， et al. Roles of physical filling and chemical crosslinking on the physico⁃mechanical properties of polylactic acid ［J］.Journal of Applied Polymer Science， 2022，139（34）：e52808.
17	XAY， QIANS， LU W， et al. Astrategy to prepare high⁃robust and ultra⁃toughpolylactic acid/polycaprolactone/talc composites with thermo⁃resistance ［J］.Polymer Composites，2023， 44（12）：8 750⁃8 765.
18	GHARSALLAHA， LAYACHI A， LOUAER A， et al. Thermal degradation kinetics of Opuntia Ficus Indica flour and talc⁃filled poly（lactic acid） hybrid biocomposites by TGA analysis ［J］. Journal of Composite Materials， 2021， 55（22）：3 099⁃3 118.
19	ZHU S， SUN M， MENG X， et al. Crystallization improvement of PLA by the talc with "grafting from" method of polymerization of lactide ［J］. Journal of Polymer Research， 2024， 31（1）：20.
20	HONG Y， CHEN L， SONG G， et al. Effect of in situ and mechanical properties of polylactide/talc composites ［J］. Polymer Composites， 2018， 39： 1 618⁃1 625.
21	LEE C， PANG M M， KOAY S C， et al. Talc filled polylactic⁃acid biobased polymer composites： tensile， thermal and morphological properties ［J］. Sn Applied Sciences， 2020， 2（3）：354.
22	PARK S BIN， LEE YJ KU K H， et al.Triallyl isocyanurate⁃assisted grafting of maleic anhydride to poly（lactic acid）： Efficient compatibilizers forpoly（lactic acid）/talc composites with enhanced mechanical properties ［J］.Journal ofApplied Polymer Science，2022.139（2）：e51488.
23	AVERSAC， BARLETTA M， PIZZI E， et al. Wear resistance of injectionmoulded PLA⁃talc engineered bio⁃composites： Effect of material design，thermal history and shear stresses during melt processing ［J］.Wear， 2017， 390/391：184⁃197.
24	SUN Z. Hyperbranched polymers in modifying natural plant fibers and their applications in polymer matrix composites⁃a review ［J］. J Agric Food Chem， 2019， 67（32）： 8 715⁃8 724.
25	FENG L， LI R， YANG H， et al. The hyperbranched polyester reinforced unsaturated polyester resin ［J］. Polymers （Basel）， 2022， 14（6）：1127.
26	XU W， WANG W， HAO L， et al. Effect of generation number on properties of fluoroalkyl‐terminated hyperbranched polyurethane latexs and its films ［J］. J Appl Polym Sci， 2020， 137（40）：e49215.
27	LIU M， ZHAO L B， YU L Y， et al. Structure and properties of PSf hollow fiber membranes with different molecular weight hyperbranched polyester using pentaerythritol as core ［J］. Polymers （Basel）， 2020， 12（2）：383.
28	孔祥临. 超支化聚酯/氧化石墨烯增韧环氧沥青的性能研究［D］.重庆交通大学，2024.
29	CHEN S， XU Z， ZHANG D. Synthesis and application of epoxy⁃ended hyperbranched polymers ［J］. Chemical Engineering Journal， 2018， 343： 283⁃302.
30	LI Z， WANG Y， LU H， et al. Stable nanoscale sea⁃island structure of biobased polyamide 56/poly （butylene adipate⁃co⁃terephthalate） blends compatibilized by interfacial hyperbranched structure： Toward biobased polymer blends with ultrahigh toughness ［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2024， 259：129310.
31	SI J， SHAO X， WEI W， et al. Epoxy⁃ended hyperbranched polymer⁃grafted graphene oxide for cold⁃mixed epoxy asphalt modification ［J］. International Journal of Pavement Engineering， 2024， 25（1）：2361344.
32	GUO M， JIN Y， HAN X， et al. Biodegradable poly （butylene adipate⁃co⁃terephthalate） and thermoplastic starch sustainable blends modified by epoxy⁃terminated hyperbranched polyester with excellent mechanical properties and high transparency ［J］. Starch⁃Starke， 2023， 75（3/4）：2200169.
33	GUO M， JIN Y， HAN X， et al. Simultaneously strengthening and toughening biodegradable polylactic acid/thermoplastic starch blends by compatibilizing with epoxy⁃terminated hyperbranched polyester ［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2024， 32（7）： 3 025⁃3 038.
34	HAN X， HAN Y， JIN Y， et al. Tailoring compatibility and toughness of microbial poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co-3⁃hydroxyvalerate）/bio⁃based polyester elastomer blends by epoxy⁃terminated hyperbranched polyester ［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2022， 220： 1 163⁃1 176.
35	HAN X， JIN Y， HUANG J， et al. Highly toughening modification of hyperbranched polyester with environment⁃friendly caprolactone as end group on poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co-3⁃hydroxyvalerate）［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2022， 30（8）： 3 209⁃3 217.
36	LI S， WU Q， LV T， et al. Synthesis and characterization of hyperbranched polymer with epoxide⁃terminated group and application as modifier for epoxy/polyamide system ［J］. Polymer Science Series B， 2017， 59（3）： 328⁃336.
37	ZHOU S， GUO M， JIN Y， et al. Synergistic toughening and reinforcement of poly（lactic acid） with epoxy⁃terminated hyperbranched polymers ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2024， 141（1）： 54740.
38	SOSNOWSKI S. Poly（L⁃lactide） microspheres with controlled crystallinity ［J］. Polymer， 2001， 42（2）： 637⁃643.
39	ZHANG J， LIU C， CHENG J， et al. Simultaneous toughening and strengthening of diglycidyl ether of bisphenol⁃a using epoxy⁃ended hyperbranched polymers obtained from thiol⁃ene click reaction ［J］. Polymer Engineering and Science， 2018， 58（10）： 1 703⁃1 709.

[1]	陈业中, 龚德君, 付学俊, 欧阳春平, 张怡, 尹衍升. 润滑剂种类对PBAT/PLA/碳酸钙复合材料力学性能与散发性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 71-77.
[2]	李万隆, 杨卫民, 王朔, 李长金, 张杨, 谭晶, 阎华, 李好义. CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 1-5.
[3]	高成涛, 胥秋, 张黎, 李剑, 黄维, 陈劲松, 刘楠, 何声宝, 陈思瑶, 潘首慧. 无机纳米粒子在可生物降解复合材料中的应用进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 85-91.
[4]	崔豹, 杨建军, 吴庆云, 吴明元, 张建安, 刘久逸. 聚乳酸复合材料共混改性研究及应用进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 129-136.
[5]	马建心, 王国梁, 杜中杰, 王武聪, 金华, 邹威, 王洪, 张晨. 羟基官能化ACR的制备及其在PBT改性中的应用研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 14-19.
[6]	丁馨怡, 顿东星, 秦骏熙, 陈钰蕾, 韩羽菲, 张玉霞, 周洪福. 成核剂ST⁃NAB3改性扩链聚乳酸的微观结构与性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 41-46.
[7]	邹晓月, 徐佳慧, 陈振树, 杨友强, 陆湛泉, 贾雨欣, 李成, 叶南飚, 曹堃. 口罩过滤材料及其驻极技术的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 47-53.
[8]	董光, 侯仰喆, 袁洪跃, 刘宪虎, 潘亚敏. 多孔聚乳酸材料的制备及结构性能优化进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 132-140.
[9]	胡永祥, 谢纪岭, 李伟铭, 张璐, 汤香港, 吕亿同, 申红望, 鞠冠男. 马来酸酐接枝改性GTR对聚乳酸性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 20-24.
[10]	王杰, 辛德华, 李晖, 蒋洪石, 周洪福, 赵建国. 纳米黏土与二氧化硅协同改性聚乳酸研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 43-48.
[11]	骆佳伟, 周炳, 王洪学, 贾钦. 扩链条件对聚丁二酸丁二酯⁃共⁃对苯二甲酸丁二酯/滑石粉共混物性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 1-11.
[12]	杨超永, 郭金强, 王富玉, 张玉霞. 挤出吹塑工艺对PBAT/PLA共混体系微观结构与性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 82-87.
[13]	孛海娃, 赵中国, 王筹萱, 薛嵘. 高导电、低逾渗PLA/CNTs导电复合材料的结构设计及性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 13-18.
[14]	沈丹彤, 薛雨亭, 李荣杰, 徐芳, 翁云宣. 聚乳酸基水性聚氨酯的制备及其在合成革中的应用研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 19-25.
[15]	戚士界, 游翔宇, 王瑞晨, 周琳菲, 张慧洁. 高木质素含量聚乳酸共混材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 45-51.

端环氧型超支化聚酯对聚乳酸/滑石粉复合材料性能的影响研究

Effect of epoxy⁃terminated hyperbranched polyester on properties of poly（lactic acid）/talc blends

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 39

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价