耐水解生物降解聚酯PBAT的制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.001

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (3): 1-6.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.001

• 材料与性能 •

耐水解生物降解聚酯PBAT的制备及性能研究

徐梓迅, 苑静, 杜夕彦, 张馨鹏, 徐军, 郭宝华()

清华大学化学工程系，北京 100084

收稿日期:2024-11-22 出版日期:2025-03-26 发布日期:2025-03-24
通讯作者: 郭宝华（1963—），男，教授，从事生物可降解聚酯合成与功能化，聚合物合金材料与纳米复合材料，医用组织工程材料等研究，bhguo@tsinghua.edu.cn
E-mail:bhguo@tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFD1700700)

Preparation and characterizations of hydrolysis⁃resistant biodegradable PBAT

XU Zixun, YUAN Jing, DU Xiyan, ZHANG Xinpeng, XU Jun, GUO Baohua()

Department of Chemical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2024-11-22 Online:2025-03-26 Published:2025-03-24
Contact: GUO Baohua E-mail:bhguo@tsinghua.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用添加抗水解剂碳化二亚胺（CDI）和聚碳化二亚胺（PCDI），通过熔融共混法制备聚对苯二甲酸⁃己二酸丁二酯（PBAT）/PCDI和PBAT/CDI共混物，分析了不同抗水解剂含量对PBAT热性能、力学性能、分子量和水解行为的影响。结果表明，PCDI在提高PBAT耐水解性能方面表现优异，加入1.5 % PCDI的PBAT端羧基含量由未加入时的28.2 mol/t下降到0.4 mol/t；在70 ℃条件下水解1 051 h后，未添加抗水解剂的样品水解失重率达到7.54 %，加入PCDI质量分数为0.5 %、1.0 %、1.5 %的样品的水解失重率分别为6.71 %、4.34 %、0.55 %。

关键词: 聚对苯二甲酸?己二酸丁二酯, 聚碳化二亚胺, 抗水解剂, 水解

Abstract:

PBAT/polycarbodiimide （PCDI） and PBAT/carbodiimide （CDI） blends were prepared through melt blending using CDI and PCDI as anti⁃hydrolysis agents， and the effect of the content of anti⁃hydrolysis agent on the thermal， mechanical， molecular weight， and hydrolysis behavior of PBAT was investigated. The results indicated that PCDI exhibited a remarkable efficacy on enhancing the hydrolysis resistance of PBAT， resulting in a significant reduction in the content of carboxyl end groups from 28.2 to 0.4 mol/t when 1.5 wt% PCDI was incorporated. The PBAT samples without any anti⁃hydrolysis agents showed a hydrolysis weight loss of 7.54 wt% after hydrolysis at 70 ºC for 1 051 h. The hydrolysis weight losses of the samples containing 0.5， 1.0， and 1.5 wt% PCDI was 6.71 %， 4.34 % and 0.55 %， respectively.

Key words: poly （butylene adipate?co?terephthalate）, polycarbodiimides, anti?hydrolysis agents, hydrolysis

中图分类号:

TQ321

徐梓迅, 苑静, 杜夕彦, 张馨鹏, 徐军, 郭宝华. 耐水解生物降解聚酯PBAT的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 1-6.

XU Zixun, YUAN Jing, DU Xiyan, ZHANG Xinpeng, XU Jun, GUO Baohua. Preparation and characterizations of hydrolysis⁃resistant biodegradable PBAT[J]. China Plastics, 2025, 39(3): 1-6.

图/表 13

样品	PBAT/g	CDI/PCDI含量/g
PBAT⁃0%CDI	50	0
PBAT⁃0.5%CDI	50	0.25
PBAT⁃1.0%CDI	50	0.50
PBAT⁃1.5%CDI	50	0.75
PBAT⁃0.5%PCDI	50	0.25
PBAT⁃1.0%PCDI	50	0.50
PBAT⁃1.5%PCDI	50	0.75

表1 PBAT/CDI、PBAT/PCDI共混物配方

Tab.1 Formula of PBAT/CDI and PBAT/PCDI

图1 PBAT/CDI和PBAT/PCDI的EDX分析

Fig.1 EDX analysis of PBAT/CDI and PBAT/PCDI

图2 PBAT、PBAT/CDI和PBAT/PCDI的DSC曲线

Fig.2 DSC curves of PBAT， PBAT/CDI and PBAT/PCDI

样品	结晶温度/℃	结晶焓/J·g^-1	熔融温度/℃	熔融焓/ J·g^-1	结晶度/%
PBAT	71.2	17.6	121.4	12.2	10.8
PBAT⁃0.5%PCDI	69.4	19.6	120.3	13.0	11.4
PBAT⁃1.0%PCDI	67.9	16.4	119.7	10.2	8.94
PBAT⁃1.5%PCDI	64.5	19.4	119.1	13.4	11.8
PBAT⁃0.5%CDI	67.0	19.1	120.5	14.1	12.4
PBAT⁃1.0%CDI	68.5	18.7	120.5	12.8	11.2
PBAT⁃1.5%CDI	68.2	18.8	120.1	13.1	11.6

表2 PBAT、PBAT/CDI和PBAT/PCDI的热性能数据表

Tab.2 Thermal properties of PBAT， PBAT/CDI and PBAT/PCDI

图3 PBAT、PBAT/CDI和PBAT/PCDI的TG曲线

Fig.3 TG curves of PBAT， PBAT/CDI and PBAT/PCDI

样品	［η］/dL·g^-1	M_v/g·mol^-1	端羧基含量/mol·t^-1
PBAT	1.32	5.06×10⁴	28.2
PBAT⁃0.5%PCDI	1.39	5.43×10⁴	12.5
PBAT⁃1.0%PCDI	1.48	6.03×10⁴	7.5
PBAT⁃1.5%PCDI	1.59	6.73×10⁴	0.4
PBAT⁃0.5%CDI	1.33	5.08×10⁴	12.5
PBAT⁃1.0%CDI	1.33	5.09×10⁴	5.3
PBAT⁃1.5%CDI	1.28	4.83×10⁴	1.2

表3 PBAT、PBAT/CDI、PBAT/PCDI的分子量和端羧基含量

Tab.3 Molecular weight and carboxyl end group content of PBAT， PBAT/CDI and PBAT/PCDI

图4 PCDI与水和羧基的反应方程式

Fig.4 Reaction equation of PCDI with water and carboxyl end group

图5 未水解与经过14天水解后的PBAT及PBAT/PCDI共混物的应力应变曲线

Fig.5 Stress⁃strain curves of PBAT and PBAT/PCDI blends without hydrolysis and after 14 days of hydrolysis

样品	屈服强度/ MPa	拉伸强度/ MPa	断裂伸长率/ %
PBAT	6.3	28.1	1 584
PBAT⁃0.5%PCDI	6.9	31.1	1 653
PBAT⁃1.0%PCDI	6.5	35.3	1 696
PBAT⁃1.5%PCDI	6.5	32.5	1 557
H⁃PBAT	7.0	7.0	33
H⁃PBAT⁃0.5%PCDI	7.1	7.7	120
H⁃PBAT⁃1.0%PCDI	7.5	12.7	872
H⁃PBAT⁃1.5%PCDI	6.0	24.7	1 390

表4 PBAT及PBAT/PCDI的力学性能

Tab.4 Mechanical properties of PBAT and PBAT/PCDI

图6 PBAT及PBAT/PCDI共混物的水解失重率曲线

Fig.6 The hydrolytic weight loss curve of PBAT and PBAT/PCDI

图7 PBAT/PCDI共混物的黏均分子量变化曲线

Fig.7 Molecular weight curve of PBAT/PCDI

图8 PBAT/PCDI水解后的DSC降温及升温曲线

Fig.8 DSC curves after hydrolysis of PBAT/PCDI

图9 PBAT、PBAT/PCDI水解后结晶温度、熔融温度变化

Fig.9 The curve of crystallization temperature and melting temperature after hydrolysis of PBAT and PBAT/PCDI

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