PPC/PBSA共混物及其吹塑薄膜的结构与性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhenghao_w
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聚碳酸亚丙酯(PPC)是具有良好阻隔性能和延展性的可生物降解材料,在绿色包装领域有良好的应用前景。PPC是低玻璃化转变温度(Tg)的无定形态聚合物,PPC的力学性能、尺寸稳定性和热稳定性较差,这限制了PPC的应用范围。聚丁二酸丁二酯-己二酸丁二酯(PBSA)具有良好的力学性能、热稳定性,但阻隔性能较差。通过熔融共混将PPC和PBSA两者结合起来,弥补两者性能上的缺陷,以得到用于吹膜加工的性能优异包装材料。本文首先通过熔融共混制备不同组分比例的PPC/PBSA共混物,为了提高PPC和PBSA之间的相容性和PPC/PBSA共混物的熔体强度,基于反应增容的原理,制备PPC/PBSA/乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(AX8900)共混物,对共混物的力学性能、热性能、流变性能、微观形貌等测试分析,研究共混物结构与性能之间的关系。红外光谱结果表明PPC和PBSA之间存在氢键作用,AX8900可以与PPC和PBSA发生反应。PBSA和AX8900的加入大幅度提高了PPC的力学性能和热性能,与纯PPC相比,PPC/PBSA/0.5AX8900共混物的力学性能从6.2MPa提高到9.71 MPa,Tg从25.7 oC提高到29.9 oC,5%热失重温度(T-5%)从242.8 oC提高到262.9 oC。共混物的微观形貌照片表明AX8900的加入使PPC/PBSA共混物的分散相尺寸减小,相界面变模糊。流变测试结果说明了AX8900改善了PPC/PBSA共混物相容性并提高了共混物的熔体强度。为了进一步提高PPC/PBSA共混物的吹膜性能,对PBSA的结晶行为进行了研究,并采用两种成核剂surlyn树脂和聚丁二酸丁二酯(PBS)分别与PBSA熔融共混来改善PBSA和PPC/PBSA共混物的结晶性能。通过核磁共振波谱(NMR)和差示扫描量热(DSC)分析表明,己二酸-丁二酯(BA)单元对PBSA的结晶有双重作用,一方面降低分子链规整性从而降低结晶度,另一方面提高分子链柔顺性从而提高结晶速率。surlyn树脂和PBS的加入提高了PBSA的结晶度,但降低了PBSA的结晶速度,这是因为surlyn树脂和PBS可以提供成核位点促进PBSA的结晶,但surlyn树脂和PBS的杂质效应阻碍了PBSA分子链排入晶格。PBSA/10PBS(简写为m PBSA)的起始结晶温度从纯PBSA的34.15 oC提高到57.08 oC并且结晶速率没有明显下降,而PPC/m PBSA/AX8900共混物的结晶速率和结晶温度(保持在57 oC左右)均明显高于PPC/PBSA/AX8900共混物,表明在PPC/m PBSA/AX8900共混物中PBS对PBSA有更好的成核作用,mPBSA很大程度上解决了PPC/PBSA共混物吹膜加工过程中PBSA结晶困难的问题。偏光显微镜(POM)测试表明,BA单元改变了PBSA的球晶形态,PBSA表现为环带球晶,而PBS表现为普通球晶,PBS的加入可以提高PBSA的等温结晶温度。采用Avrami方法模型从理论上证明了surlyn树脂和PBS对PBSA的成核作用。力学性能分析表明PPC/m PBSA共混物的力学性能优于PPC/PBSA的共混物。通过挤出吹塑技术制备PPC/PBSA共混体系的单层和多层薄膜,对薄膜的力学、阻隔、降解、高温尺寸稳定性、微观形貌及其共混物的吹膜稳定性进行研究。薄膜形貌结果表明,AX8900和m PBSA可以改善薄膜表面质量,由于PPC的无定形和低的Tg导致PPC分子链容易解取向,纯的PPC薄膜取向程度低,PBSA的加入可以引入结晶区以固定取向的分子链,PPC/PBSA共混物薄膜的力学性能提升明显,70PPC/30PBSA/1AX8900共混物薄膜的拉伸强度是纯PPC薄膜的2.16倍。m PBSA和AX8900加入PPC基体后,分别增加了共混物的结晶度和分子链间的相互作用,PPC/m PBSA/AX8900共混物薄膜的阻隔性能和尺寸稳定性高于PPC/PBSA薄膜。对吹膜过程稳定性研究表明,含有AX8900和m PBSA的共混物可以在更大的吹胀比(BUR)和更低的螺旋不稳度(DHI)下稳定吹膜。由于三层薄膜层间的良好作用和高阻隔性的PPC组分以最大的纵横比存在薄膜中,三层薄膜的综合力学性能和阻隔性能更好,并且层间的相互作用可以限制不均匀胀大和破裂,三层薄膜吹膜过程更加稳定。
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