挤出吹塑工艺对PBAT/PLA共混体系微观结构与性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.05.015

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (5): 82-87.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.05.015

挤出吹塑工艺对PBAT/PLA共混体系微观结构与性能的影响

杨超永, 郭金强, 王富玉, 张玉霞()

北京工商大学轻工科学与工程学院，北京 100048

收稿日期:2024-03-02 出版日期:2024-05-26 发布日期:2024-05-20
通讯作者: 张玉霞（1965—），女，副教授，从事高性能塑料薄膜及可生物降解塑料等相关研究工作，zhangyux@th.btbu.edu.cn
E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn

Effect of extrusion blowing process on microstructure and properties of PBAT/PLA blend

YANG Chaoyong, GUO Jinqiang, WANG Fuyu, ZHANG Yuxia()

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

Received:2024-03-02 Online:2024-05-26 Published:2024-05-20
Contact: ZHANG Yuxia E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过调控工艺条件（机头温度、牵引速度）熔融共混挤出吹塑聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯/聚乳酸（PBAT/PLA）原位成纤共混体系薄膜。结果表明，在较低的机头温度时，随着牵引速度的不断增加，分散相PLA在连续相PBAT中原位成纤，且微纤直径逐渐减小，结晶度先增大后下降。挤出吹塑薄膜的纵向拉伸强度和拉伸模量均先增加后减小。在机头温度为150 ℃、牵引速度为5.0 m/min时，共混体系中PLA成纤效果最明显；薄膜纵向拉伸强度达到40.0 MPa，比纯PBAT提高了20 %；拉伸模量达到723.9 MPa，较纯PBAT提升明显。

关键词: 聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯, 聚乳酸, 原位成纤, 挤出吹塑, 牵引速度, 机头温度, 微观结构, 薄膜

Abstract:

The in⁃situ fibrillation films based on poly（adipic acid/butylene terephthalate）（PBAT）/poly（lactic acid）（PLA） blends were prepared by extrusion blowing through adjusting the extrusion process conditions such as die temperature and traction speed. The results indicated that PLA tended to form fibers in PBAT/PLA blend system with an increase in the traction speed at lower die temperature. The formed fibers tended to refine with an increase at first and then a decrease in the crystallinity. The longitudinal tensile strength and tensile modulus of in⁃situ fiber formed films also increased at first and then tended to decrease. The effect of PLA in⁃situ fibrillation was the most obvious in the blend at a die temperature of 150 ℃ and a traction speed of 5.0 m/min. Meantime， the longitudinal tensile strength and modulus of the films reached 40.0 and 723.9 MPa， respectively. Their tensile strength was 20 % higher than that of pure PBAT， whereas their tensile modulus was much higher than that of pure PBAT.

Key words: poly（adipic acid/butylene terephthalate）, poly（lactic acid）, in?situ fibrillation, extrusion blow molding, traction speed, die temperature, microstructure, film

中图分类号:

TQ320.66

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.

YANG Chaoyong, GUO Jinqiang, WANG Fuyu, ZHANG Yuxia. Effect of extrusion blowing process on microstructure and properties of PBAT/PLA blend[J]. China Plastics, 2024, 38(5): 82-87.

图/表 13

图1 MF⁃blend挤出吹塑薄膜制备工艺流程

Fig.1 Preparation process diagram of the MF⁃blend extrusion⁃blown film

图2 机头温度150 ℃时MF⁃blend吹塑薄膜在不同牵引速度下的纵向断面SEM照片

Fig.2 SEM images of longitudinal cross⁃sectional morphology of MF⁃blend blown films at various traction speeds at a die temperature of 150 ℃

图3 机头温度150 ℃时MF⁃blend吹塑薄膜PLA微纤形态

Fig.3 Micro⁃fiber morphology of the PLA in MF⁃blend blown films at a die temperature of 150 ℃

图4 牵引速度为5.0 m/min时MF⁃blend吹塑薄膜纵向断面形貌随机头温度的变化

Fig.4 SEM images of longitudinal cross⁃sectional morphology of MF⁃blend blown films at various die temperature at a traction speed of 5.0 m/min

图5 牵引速度为5.0 m/min时MF⁃blend吹塑薄膜中PLA微纤形态随机头温度的变化

Fig.5 Micro⁃fiber morphology of the PLA in MF⁃blend blown films at various die temperature at a traction speed of 5.0 m/min

图6 MF⁃blend在机头温度150 ℃、牵引速度5.0 m/min下结晶30 min后的POM照片

Fig.6 POM images of the crystal morphology of MF⁃blend after crystallization for 30 min at a die temperature of 150 ℃ and a traction speed of 5.0 m/min

样品	$T g 1 / ℃$	$T g 2 / ℃$	$T c c / ℃$	$∆ H c c /$ J·g^-1	$T c$ / $℃$	$∆ H c$ /J·g^-1	$T m / ℃$	$∆ H m$ /J·g^-1	X_c（PLA）/%	X_c（PBAT）/%
PBAT	-29.4	—	—	—	62.1	19.7	123.1	9.1	—	8.0
PLA	—	60.0	113.8	22.2	—	—	147.5	22.2	23.8	—
PBAT/PLA⁃150⁃4.0^a	-31.2	59.0	127.1	2.1	86.5	8.1	150.4	0.4	2.2	2.2
PBAT/PLA⁃150⁃5.0	-31.6	59.3	126.6	1.6	86.7	9.1	150.2	0.6	3.2	1.8
PBAT/PLA⁃150⁃6.0	-31.4	59.3	126.2	1.7	86.9	9.5	150.7	0.4	2.1	1.8
PBAT/PLA⁃150⁃7.0	-31.3	59.7	126.6	1.7	86.7	8.0	150.6	0.5	2.6	1.8

样品	$T g 1 / ℃$	$T g 2 / ℃$	$T c c / ℃$	$∆ H c c /$ J·g^-1	$T c$ / $℃$	$∆ H c$ /J·g^-1	$T m / ℃$	$∆ H m$ /J·g^-1	X_c（PLA）/%	X_c（PBAT）/%
PBAT	-29.4	—	—	—	62.1	19.7	123.1	9.1	—	8.0
PLA	—	60.0	113.8	22.2	—	—	147.5	22.2	23.8	—
PBAT/PLA⁃150⁃4.0^a	-31.2	59.0	127.1	2.1	86.5	8.1	150.4	0.4	2.2	2.2
PBAT/PLA⁃150⁃5.0	-31.6	59.3	126.6	1.6	86.7	9.1	150.2	0.6	3.2	1.8
PBAT/PLA⁃150⁃6.0	-31.4	59.3	126.2	1.7	86.9	9.5	150.7	0.4	2.1	1.8
PBAT/PLA⁃150⁃7.0	-31.3	59.7	126.6	1.7	86.7	8.0	150.6	0.5	2.6	1.8

表1 机头温度150 ℃时MF⁃blend吹塑薄膜非等温结晶与熔融性能随牵引速度的变化

Tab.1 Non⁃isothermal crystallization and melting behavior of the MF⁃blend blown films at various traction speed and a die temperature of 150 ℃

表1 机头温度150 ℃时MF⁃blend吹塑薄膜非等温结晶与熔融性能随牵引速度的变化

Tab.1 Non⁃isothermal crystallization and melting behavior of the MF⁃blend blown films at various traction speed and a die temperature of 150 ℃

图7 机头温度为150 ℃时制备的MF⁃blend吹塑薄膜的结晶与熔融曲线

Fig.7 Crystallization and melting curves of the MF⁃bend blown films prepared at a die temperature of 150 ℃

样品	$T g 1 / ℃$	$T g 2 / ℃$	$T c c / ℃$	$∆ H c c /$ J·g^-1	$T c$ /℃	$∆ H c$ /J·g^-1	$T m / ℃$	$∆ H m$ /J·g^-1	X_c（PLA）/%	X_c（PBAT）/%
PBAT	-29.4	—	—	—	62.1	19.7	123.1	9.1	—	8.0
PLA	—	60.0	113.8	22.2	—	—	147.5	22.2	23.8	—
PBAT/PLA⁃130⁃5.0^b	-31.4	59.1	126.6	2.2	85.7	10.1	150.1	1.2	6.5	2.4
PBAT/PLA⁃140⁃5.0	-32.1	58.9	126.9	1.3	86.8	9.1	149.9	0.7	4.0	1.4
PBAT/PLA⁃150⁃5.0	-31.6	59.3	126.6	1.6	86.7	9.1	150.2	0.6	3.2	1.8
PBAT/PLA⁃160⁃5.0	-31.2	59.1	127.0	2.0	86.8	9.1	150.4	0.4	2.4	2.2

样品	$T g 1 / ℃$	$T g 2 / ℃$	$T c c / ℃$	$∆ H c c /$ J·g^-1	$T c$ /℃	$∆ H c$ /J·g^-1	$T m / ℃$	$∆ H m$ /J·g^-1	X_c（PLA）/%	X_c（PBAT）/%
PBAT	-29.4	—	—	—	62.1	19.7	123.1	9.1	—	8.0
PLA	—	60.0	113.8	22.2	—	—	147.5	22.2	23.8	—
PBAT/PLA⁃130⁃5.0^b	-31.4	59.1	126.6	2.2	85.7	10.1	150.1	1.2	6.5	2.4
PBAT/PLA⁃140⁃5.0	-32.1	58.9	126.9	1.3	86.8	9.1	149.9	0.7	4.0	1.4
PBAT/PLA⁃150⁃5.0	-31.6	59.3	126.6	1.6	86.7	9.1	150.2	0.6	3.2	1.8
PBAT/PLA⁃160⁃5.0	-31.2	59.1	127.0	2.0	86.8	9.1	150.4	0.4	2.4	2.2

表2 牵引速度为5.0 m/min时MF⁃blend吹塑薄膜非等温结晶与熔融性能随机头温度的变化

Tab.2 Non⁃isothermal crystallization and melting behavior of the MF⁃blend blown films at various die temperature and a traction speed of 5.0 m/min

表2 牵引速度为5.0 m/min时MF⁃blend吹塑薄膜非等温结晶与熔融性能随机头温度的变化

Tab.2 Non⁃isothermal crystallization and melting behavior of the MF⁃blend blown films at various die temperature and a traction speed of 5.0 m/min

图8 机头温度为150 ℃时MF⁃blend吹塑薄膜G'随牵引速度的变化

Fig.8 G' of the MF⁃blend blown films at various traction speed and a die temperature of 150 ℃

图9 机头温度为150 ℃时MF⁃blend的G''随牵引速度的变化

Fig.9 G'' of the MF⁃blends at various traction speed and a die temperature 150 ℃

图10 机头温度为150 ℃时MF⁃Blend的η*随牵引速度的变化

Fig.10 η* of the MF⁃bend at various traction speed at a die temperature of 150 ℃

机头温度/ ℃	牵引速度/m·min^-1
	4.0		5.0		6.0		7.0
	拉伸强度	拉伸模量	拉伸强度	拉伸模量	拉伸强度	拉伸模量	拉伸强度	拉伸模量
130	19.0	174.7	21.2	362.8	22.6	369.6	15.4	323.8
140	32.6	474.6	55.2	705.5	38.0	733.4	32.7	801.1
150	35.4	615.5	40.0	723.9	47.5	749.5	36.7	702.9
160	39.6	711.1	27.7	439.8	24.1	466.9	24.6	647.6

表3 MF-blend吹塑薄膜的拉伸性能 (MPa)

Tab.3 Tensile properties of the MF⁃blend blown films

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