PPC/PHBV共混材料的力学及热学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.002

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 6-11.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.002

PPC/PHBV共混材料的力学及热学性能研究

闵家璇, 江学良, 游峰, 陆刚()

武汉工程大学材料科学与工程学院，等离子体材料与化学湖北省重点实验室，武汉 430205

收稿日期:2024-09-10 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 陆刚（1991—），男，讲师，从事功能高分子材料及应用研究，ganglu2019@163.com
E-mail:ganglu2019@163.com
作者简介:第一联系人：地址：北京市海淀区阜成路11号《中国塑料》杂志社
邮编：100048

Mechanical and thermal properties of PPC/PHBV blends

MIN Jiaxuan, JIANG Xueliang, YOU Feng, LU Gang()

Hubei Key Laboratory of Plasma Chemistry and New Materials，School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，China

Received:2024-09-10 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: LU Gang E-mail:ganglu2019@163.com

摘要/Abstract

摘要：

通过熔融共混法制备了聚碳酸亚丙酯（PPC）与聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3羟基戊酸酯）共聚物（PHBV）共混材料，系统研究了PHBV含量对聚碳酸亚丙酯基/聚（3⁃羟基丁酸酯⁃CO⁃3羟基戊酸酯）（P⁃BV）共混材料力学及热学性能的影响。结果表明，当PHBV在PPC共混材料中的含量增加至15 %（质量分数，下同）时，共混材料的拉伸强度达到12.6 MPa，是纯PPC的2倍以上；当PHBV在PPC共混材料中的含量增加至20 %时，共混材料的储能模量（E′）和损耗因子（Tan δ）显著提升，玻璃化转变温度（T_g ）从16 ℃提升至20 ℃；当PHBV在PPC共混材料中的含量增加至30 %时，共混材料的维卡软化点从33 ℃提高至58 ℃。红外光谱分析表明，PPC与PHBV的复合增强了彼此间氢键相互作用，有效限制了分子链段的运动，从而对PPC共混材料的力学及热稳定性能的改善起到了促进作用，综合P⁃BV共混材料的断面形貌分析可知，当PHBV含量为15 %时，可有效平衡共混材料的力学及热学性能。

关键词: 聚碳酸亚丙酯, 聚（3?羟基丁酸酯?co?3羟基戊酸酯）共聚物, 共混材料, 力学性能, 热稳定性

Abstract:

Poly（propylene carbonate）（PPC）/poly（3⁃hydroxybutyrate⁃co⁃3⁃hydroxyvalerate）（PHBV） blends were prepared via melt blending， and the effect of PHBV content on their mechanical and thermal properties were systematically investigated. The results indicated that increasing the PHBV content up to 15 wt% enhanced the tensile strength of the blend to 12.6 MPa， which is more than twice that of pure PPC. At 20 wt% PHBV， the storage modulus and loss factor of the blends were improved significantly， while their glass transition temperature increased from 16 to 20 ℃. Further increasing the PHBV content to 30 wt% raised the Vicat softening point from 33 °C to 58 ℃. Infrared spectroscopy analysis revealed that hydrogen bonding interactions between PPC and PHBV restricted molecular chain mobility， thereby enhancing the mechanical and thermal stability of the blends. Fracture morphology analysis demonstrated that a 15 wt% PHBV content optimally balanced the mechanical and thermal properties of the blends.

Key words: poly（propylene carbonate）, poly（3?hydroxybutyrate?co?3?hydroxyvalerate） copolymer, composite, mechanical property, thermal stability

中图分类号:

TQ325

闵家璇, 江学良, 游峰, 陆刚. PPC/PHBV共混材料的力学及热学性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 6-11.

MIN Jiaxuan, JIANG Xueliang, YOU Feng, LU Gang. Mechanical and thermal properties of PPC/PHBV blends[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 6-11.

图/表 8

图1 样品制备示意图

Fig.1 Schematic diagram of sample preparation

图2 样品的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of the samples

图3 样品的断面SEM照片

Fig.3 SEM images of fracture morphology of the samples

图4 P⁃BV共混材料的（a）拉伸强度和（b）断裂伸长率

Fig.4 （a）Tensile strength and （b）elongation at break of the P⁃BV blends

图5 P⁃BV共混材料的E′和Tanδ

Fig.5 E′ and Tanδ of the P⁃BV blends

PHBV填充量/%	FWHM/℃	FWHM对应的Tanδ	ω/℃
0	14.69	0.68	21.6
5	18.53	0.55	33.69
10	16.05	0.59	27.2
15	17.96	0.53	33.88
20	12.89	0.54	23.87
30	16.05	0.55	29.18

表1 P⁃BV共混材料的DMA数据

Tab.1 DMA data of the P⁃BV blends

图6 P⁃BV共混材料的TG、DSC曲线

Fig.6 TG and DSC curves of the P⁃BV blends

图7 P⁃BV共混材料的VST与PHBV含量的关系

Fig.7 Relationship between VST and PHBV content of the P⁃BV blends

参考文献 31

[1]	Luinstra G A. Poly （propylene carbonate）， old copolymers of propylene oxide and carbon dioxide with new interests： catalysis and material properties［J］. Polymer Reviews， 2008， 48（1）： 192⁃219.
[2]	Muthuraj R， Mekonnen T. Carbon dioxide–derived poly（propylene carbonate） as a matrix for composites and nanocomposites： performances and applications［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2018， 303（11）： 1800366.
[3]	项江涛，潘庆华，马清芳，等.聚碳酸亚丙酯的改性及应用进展［J］. 杭州师范大学学报（自然科学版）， 2023， 22（04）： 344⁃350.
	XIANG J T， PAN Q H， MA Q F， et al. Modification and application progress of poly（propylene carbonate）［J］. Journal of Hangzhou Normal University （Natural Science Edition）， 2023， 22（04）： 344⁃350.
[4]	Lutz J F， Börner H G. Modern trends in polymer bioconjugates design［J］. Progress in Polymer Science， 2008， 33（1）： 1⁃39.
[5]	赵丽芬，李敏，田秀娟.形状记忆的聚乳酸/聚碳酸亚丙酯共混材料的结构与性能［J］. 高分子通报， 2023， 36（07）： 888⁃893.
	ZHAO L F， LI M， TIAN X J. Structure and properties of shape memory polylactic acid/poly（propylene carbonate） blend materials［J］. Polymer Bulletin， 2023， 36（07）： 888⁃893.
[6]	吴奇宗，姚庆达，许春树，等.热塑性聚氨酯与可生物降解聚氨酯⁃聚碳酸亚丙酯性能对比分析［J］. 中国皮革， 2023， 52（01）： 60⁃66.
	WU Q Z， YAO Q D， XU C S， et al. Comparative analysis of properties of thermoplastic polyurethane and biodegradable polyurethane⁃poly（propylene carbonate）［J］. China Leather， 2023， 52（01）： 60⁃66.
[7]	Vaisanen T， Haapala A， Lappalainen R， et al. Utilization of agricultural and forest industry waste and residues in natural fiber⁃polymer composites： A review［J］. Waste Management， 2016， 54： 62⁃73.
[8]	Jambeck J R， Geyer R， Wilcox C， et al. Plastic waste inputs from land into the ocean［J］. Science， 2019， 347（6 223）： 768⁃771.
[9]	Zheng J， Suh S. Strategies to reduce the global carbon footprint of plastics［J］. Nature Climate Change， 2019， 9（5）： 374⁃378.
[10]	Yu L P， Yan X， Zhang X， et al. Biosynthesis of functional polyhydroxyalkanoates by engineered Halomonas bluephagenesis［J］. Metabolic Engineering， 2020， 59： 119⁃130.
[11]	Bertoli L， Gabriele G， Gibertini E， et al. Unconventional PEO⁃PPC quasi⁃solid state blend polymer electrolyte for high efficiency solid⁃state Li⁃metal batteries［J］. Journal of Energy Storage， 2024， 81： 110456.
[12]	Chen J， Yang R， Ou J， et al. Functionalized cellulose nanocrystals as the performance regulators of poly （β⁃hydroxybutyrate⁃co⁃valerate） biocomposites［J］. Carbohydrate polymers， 2020， 242： 116399.
[13]	Yin S， Ren X， Zheng R， et al. Improving fire safety and mechanical properties of waterborne polyurethane by montmorillonite⁃passivated black phosphorus［J］. Chemical Engineering Journal， 2023， 464： 142683.
[14]	Zhang Z， Wu D， Yang H， et al. Remarkable enhancement in thermal performance of polypropylene carbonate by using exfoliated boron nitride nanosheets［J］. Chemical Engineering Journal， 2022， 450： 138247.
[15]	Dong X， Liu L， Wang Y， et al. The compatibilization of poly （propylene carbonate）/poly （lactic acid） blends in presence of core⁃shell starch nanoparticles［J］. Carbohydrate Polymers， 2021， 254： 117321.
[16]	Qu H， Yin L， Ye Y， et al. Bio⁃inspired stem⁃like composites based on highly aligned SiC nanowires［J］. Chemical Engineering Journal， 2020， 389： 123466.
[17]	Lin S， Li B， Chen T， et al. Mechanical reinforcement in poly（propylene carbonate） nanocomposites using double percolation networks by dual volume exclusions［J］. Composites Science and Technology， 2018， 167： 364⁃370.
[18]	Han X， Han Y， Jin Y， et al. Microcrystalline cellulose grafted hyperbranched polyester with roll comb structure for synergistic toughening and strengthening of microbial PHB⁃V/bio⁃based polyester elastomer composites［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2023， 242： 124608.
[19]	Magnani C， Idström A， Nordstierna L， et al. Interphase design of cellulose nanocrystals/poly（hydroxybutyrate⁃ran⁃valerate） bionanocomposites for mechanical and thermal properties tuning［J］. Biomacromolecules， 2020， 21（5）： 1 892⁃1 901.
[20]	Li J， Sun C R， Zhang X Q. Preparation， thermal properties， and morphology of graft copolymers in reactive blends of PHBV and PPC［J］. Polymer composites， 2012， 33（10）： 1 737⁃1 749.
[21]	Zheng T， Clemons C M， Pilla S. Comparative study of direct compounding， coupling agent⁃aided and initiator⁃aided reactive extrusion to prepare cellulose nanocrystal/PHBV （CNC/PHBV） nanocomposite［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2019， 8（2）： 814⁃822.
[22]	Chen J， Yang R， Ou J， et al. Functionalized cellulose nanocrystals as the performance regulators of poly （β⁃hydroxybutyrate⁃co⁃valerate） biocomposites［J］. Carbohydrate polymers， 2020， 242： 116399.
[23]	马建心，荣骁，杜中杰，等.水滑石改性聚碳酸亚丙酯复合材料的力学性能与相态调控［J］. 塑料工业， 2022， 50（11）： 64⁃68，100.
	MA J X， RONG X， DU Z J， et al. Mechanical properties and phase state regulation of hydrotalcite⁃modified poly（propylene carbonate） composites［J］. Plastic Industry， 2022， 50（11）： 64⁃68，100.
[24]	Muthuraj R， Mekonnen T. Carbon dioxide–derived poly（propylene carbonate） as a matrix for composites and nanocomposites： performances and applications［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2018， 303（11）： 1800366.
[25]	马建心，荣骁，杜中杰，等.聚碳酸亚丙酯/改性水滑石复合材料的耐热稳定性［J］. 塑料， 2023， 52（05）： 61⁃64，122.
	MA J X， RONG X， DU Z J， et al. Thermal stability of poly （propylene carbonate）/modified hydrotalcite composites［J］. Plastics， 2023， 52（05）： 61⁃64，122.
[26]	唐奇，柴丽琴，徐天伟，等.聚乳酸/聚（3⁃羟基丁酸⁃戊酸酯）共混纤维及其雪尼尔纱的染色动力学［J］. 纺织学报， 2023， 44（06）： 129⁃136.
	TANG Q， CHAI L Q， XU T W， et al. Dyeing kinetics of polylactic acid/poly（3⁃hydroxybutyrate⁃co-3⁃hydroxyvalerate） blend fibers and their chenille yarns［J］. Journal of Textile Research， 2023， 44（06）： 129⁃136.
[27]	黄钰博，刘思寒，雷珍珍，等.可降解型PHBV/PBAT/TiO₂抗菌纳米纤维膜制备［J］. 针织工业， 2023，（03）： 35⁃40.
	HUANG Y B， LIU S H， LEI Z Z， et al. Preparation of degradable PHBV/PBAT/TiO₂ antibacterial nanofiber membranes［J］. Knitting Industry， 2023，（03）： 35⁃40.
[28]	郑智康，陈家伟，王湫，等.聚碳酸亚丙酯生物降解性能的表征、评价及研究进展［J］. 塑料工业， 2023， 51（03）： 19⁃25.
	ZHENG Z K， CHEN J W， WANG Q， et al. Characterization， evaluation， and research progress of the biodegradability of poly （propylene carbonate）［J］. Plastic Industry， 2023， 51（03）： 19⁃25.
[29]	钱红飞， KOBIR MD.Foysal，陈龙，等.聚乳酸/聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co-3⁃羟基戊酸酯）共混纤维的结构及其织物染色性能［J］. 纺织学报， 2023， 44（03）： 104⁃110.
	QIAN H F， KOBIR MD. Foysal， CHEN L，et al. Structure of polylactic acid/poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co-3⁃hydroxyvalerate） blend fibers and dyeing performance of their fabrics［J］. Journal of Textile Research， 2023， 44（03）： 104⁃110.
[30]	王先流.PHBV改性PLLA电纺纤维的形状记忆特性及其骨组织工程应用［D］. 东华大学， 2023.
[31]	徐海兵，陈洋，吴绍明，等. PLA/PHBV与棉混纺针织抗菌面料的设计与开发［J］. 针织工业，2022，（12）：63⁃66.
	XU H B， CHEN Y， WU S M， et al. Design and development of PLA/PHBV and cotton blended antibacterial knitted fabrics［J］. Knitting Industry， 2022，（12）： 63⁃66.

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Mechanical and thermal properties of PPC/PHBV blends

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[1]	刘霖, 寿韬, 廖飞扬, 郑梓康, 冯馨禾, 赵秀英. 高韧性生物基聚乳酸/聚氨酯共混物的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 1-5.
[2]	王政, 肖东, 黄锐, 孙孝谦. 废弃塑料颗粒含量对混凝土力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 130-134.
[3]	王文昊, 仇思源, 李亚娇, 孙靖尧, 吴大鸣, 王树远, 许红, 盖云卿. 基于渐进失效模型的RTP管力学性能分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 44-48.
[4]	宁丁怡, 赵恬娇, 董亚鹏, 王美珍, 郝新宇, 王波. 共混改性调控聚乳酸结晶及力学性能的研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 126-132.
[5]	朱奎霖, 吕冲, 郭雷, 陈艺琳, 黄易峰, 赵培琦, 江学良, 游峰. 氧化铈改性聚丙烯复合材料的介电及力学性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 19-23.
[6]	甄琪, 秦子轩, 张恒, 崔景强, 王国锋, 程文胜, 李晗. 医疗包装用聚乳酸熔喷超细纤维材料的退火工艺研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 24-30.
[7]	周琦, 李全, 李雅静, 刘新安, 谷新春, 黄守莹. PPC与PLA共混物的流变学及力学性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 31-35.
[8]	马海龙, 代明欣. 废旧塑料骨料在水泥混凝土中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 89-99.
[9]	吴希然, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 赵川涛, 陈博杰. PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 1-8.
[10]	郭伟超, 辛晓行, 曾山林, 高新勤, 汤奥斐. 区域分割打印对FDM 3D打印件性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 57-62.
[11]	姚建民, 毕昕媛, 李瑞珍, 姚媛媛, 刘钊, 杨瑞平, 姜丽娜. 超薄型全生物降解渗水地膜研制及其性能分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 95-100.
[12]	杨青林, 周松, 李璨然, 余闻达, 罗玉梅. SEBS⁃g⁃MAH对PPO/PA66复合材料性能和形貌的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 30-35.
[13]	张勋, 刘翔, 方梅, 郭攀, 冯跃战, 黄明, 刘春太. 基于动态高分子基复合材料的一体化T型加筋壁板力学性能仿真研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 53-59.
[14]	张辉, 唐站站, 鲍海霞, 程鑫远, 陈斌. 不同环境温度下UPVC管材的力学性能退化研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 26-31.
[15]	丁雯. 磷基⁃水性聚氨酯阻燃剂的制备及对棉织物的涂层[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 82-85.