生物基工程聚酯弹性体对聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）的增韧改性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.09.004

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (9): 24-31.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.09.004

生物基工程聚酯弹性体对聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）的增韧改性研究

黄嘉伟¹, 韩小龙¹, 吴悠¹, 靳玉娟¹(), 王朝²()

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029

收稿日期:2022-05-24 出版日期:2022-09-26 发布日期:2022-09-26
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、应用及评价工作，jinyujuan@th.btbu.edu.cn
王朝（1982—），男，教授，从事生物基弹性体的设计、合成与性能研究，wangzhao@mail.buct.edu.cn
E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn;wangzhao@mail.buct.edu.cn

Toughening modification of poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co⁃3⁃hydroxyvalerate） by bio⁃based engineering polyester elastomer

HUANG Jiawei¹, HAN Xiaolong¹, WU You¹, JIN Yujuan¹(), WANG Zhao²()

^1.College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.State Key Laboratory of Organic?Inorganic Composites，Beijing University of Chemical Technololgy，Beijing 100029，China

Received:2022-05-24 Online:2022-09-26 Published:2022-09-26
Contact: JIN Yujuan, WANG Zhao E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn;wangzhao@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

针对聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）（PHBV）的晶体尺寸大、结晶度高、呈脆性等问题对其进行增韧改性，通过熔融共混法在PHBV中添加生物基工程聚酯弹性体（BEPE），制备了PHBV/BEPE共混物，经过测试流变性能、结晶性能、力学性能、热性能及微观形貌，对共混物的结构和性能进行分析和研究。结果表明，PHBV与BEPE之间的氢键作用、链缠结作用以及相似的主链结构使二者有更好的相容性和分散性，还可使PHBV球晶数量增多，球晶尺寸减小；当添加30 %（质量分数，下同）BEPE时共混物的断裂伸长率和冲击强度最高，分别较PHBV提高了589.2 %和149.4 %；BEPE使共混物的结晶度逐渐降低；添加BEPE样品的冲击断面逐渐粗糙，发生了脆韧转变。

关键词: 聚（3?羟基丁酸酯?co?3?羟基戊酸酯）, 生物基工程聚酯弹性体, 增韧, 增容, 结晶, 脆韧转变

Abstract:

In this paper， the properties of poly（3⁃hydroxybutyrate⁃co⁃3⁃hydroxyvalerate） PHBV/bio⁃based engineering polyester elastomer （BEPE） compounds were studied through analyzing their rheological properties， crystallization properties， mechanical properties， thermal properties， and microstructure. The results indicated that the number of PHBV spherulites increased along with a decrease in their size due to the hydrogen bonding， chain entanglement， and similar main chain structures between PHBV and BEPE， resulting in better compatibility and dispersion. When 30 wt% BEPE was added， the compounds achieved maximum elongation at break and impact strength， increasing by 589.2 % and 149.4 %， respectively， compared to pure PHBV. The crystallinity of the compounds decreased with the addition of BEPE， and their impact fracture surface tended to be rough along with a “brittle⁃ductile” transition according to the morphological observation.

Key words: poly（3?hydroxybutyrate?co?3?hydroxyvalerate）, bio?based engineering polyester elastomer, toughening, compatibilization, crystallization, brittle?ductile transition

中图分类号:

TQ323.4

黄嘉伟, 韩小龙, 吴悠, 靳玉娟, 王朝. 生物基工程聚酯弹性体对聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）的增韧改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 24-31.

HUANG Jiawei, HAN Xiaolong, WU You, JIN Yujuan, WANG Zhao. Toughening modification of poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co⁃3⁃hydroxyvalerate） by bio⁃based engineering polyester elastomer[J]. China Plastics, 2022, 36(9): 24-31.

图/表 9

样品编号	PHBV/%	BEPE/%
1^#	100	0
2^#	95	5
3^#	90	10
4^#	85	15
5^#	80	20
6^#	75	25
7^#	70	30

表1 PHBV/BEPE共混改性配方

Tab.1 PHBV/BEPE blend formula

图1 BEPE的1H⁃NMR曲线

Fig.1 1H⁃NMR spectrum of the BEPE

图2 PHBV、BEPE以及PHBV/BEPE共混物FTIR谱图、羰基拉伸区域（νc=o）的FTIR谱图、氢键份数图和氢键作用示意图

Fig.2 FTIR analysis of PHBV，BEPE and PHBV/BEPE blends and carbonyl stretching region （νc=o） in the infrared spectra，the hydrogen bond fraction （FH⁃CO） and schematic diagram of hydrogen bonding

图3 PHBV以及PHBV/BEPE共混物的流变性能

Fig.3 Analysis of PHBV and PHBV/BEPE blends

图4 PHBV以及PHBV/BEPE共混物的PLM照片

Fig.4 PLM diagram of PHBV and PHBV/BEPE blends

图5 PHBV以及PHBV/BEPE共混物的力学性能

Fig.5 Mechanical properties of PHBV and PHBV/BEPE blends

图6 PHBV和PHBV/ BEPE共混物的热性能曲线

Fig.6 Thermal performance of PHBV and PHBV/BEPE blends

BEPE 含量/%	T_c/℃	ΔH_c/ J·g^-1	T_m/℃	ΔH_m/ J·g^-1	X_c/%	T₀/℃
0	106.4	71.3	172.3	80.1	54.9	265.5
5	112.8	91.8	169.0	114.6	74.6	270.7
10	114.1	80.7	168.8	99.1	61.1	258.0
15	112.6	78.0	170.3	94.0	54.7	265.5
20	112.6	67.9	170.5	82.7	45.3	264.2
25	113.8	66.4	169.0	83.2	42.7	271.6
30	112.5	65.2	169.4	80.5	38.6	269.7

表2 PHBV和PHBV/BEPE共混物的结晶性能

Tab.2 Crystallinity of PHBV and PHBV/BEPE blends

图7 PHBV和PHBV/ BEPE共混物冲击断面的SEM照片

Fig.7 SEM image of the impact section of PHBV and PHBV/BEPE blend

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生物基工程聚酯弹性体对聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）的增韧改性研究

Toughening modification of poly （3⁃hydroxybutyrate⁃co⁃3⁃hydroxyvalerate） by bio⁃based engineering polyester elastomer

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