生物降解聚酯材料的流变特性及其薄膜的加工与性能研究

发布时间：2019-03-24 19:56

【摘要】：随着全球对环保型应用材料的需求日益增多,生物降解共聚酯作为适用性最广的生物降解材料近年来得到了很大程度的商业应用推广。本论文从流变学的角度出发,研究了聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(PBAT)、聚丁二酸丁二醇-己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)的毛细管流变和动态流变行为,探讨了生物降解共聚酯的流变特性以及包括分子量、水分、温度、剪切等因素对流变特性的影响;以热塑性淀粉(TPS)改性PBAT、PBSA,考察了TPS对生物降解共聚酯流变特性的影响;此外,通过吹膜法制备了PBAT/PBSA/TPS的复合吹塑薄膜,并研究了不同牌号材料、配比、挤出和吹膜工艺条件对薄膜性能的影响,最终确定了PBAT/PBSA/TPS复合材料吹膜最佳的材料配方和工艺条件。首先,通过毛细管流变仪研究了芳香脂肪族共聚酯PBAT和脂肪族共聚酯PBSA的流变性能,并与吹膜级LDPE的流变性能对比,发现三种材料都属于假塑性流体,在210℃下PBAT和PBSA的粘度-剪切依赖性明显减弱,而LDPE的n值变化不大;PBAT和PBSA的粘度-温度依赖性大于LDPE;PBAT和PBSA的剪切粘度都随着水分含量的上升而明显下降,在水分含量500ppm以内,PBAT与PBSA的剪切粘度受水分水解导致下降的影响程度很小,此条件可以作为烘干程度的依据。利用Cox-merz规则使用旋转流变仪测定拟合了PBAT和PBSA的零剪切粘度,结果表明,PBAT和PBSA的零剪切粘度均与重均分子量相关:重均分子量越高,材料的零剪切粘度也越高,该方法可以作为根据分子量大小选择基体树脂进行改性以满足相应熔体强度要求的依据。其次,采用了热塑性淀粉(TPS)对生物降解共聚酯进行共混改性,首先研究了粒度大小和增塑剂甘油比例对TPS的毛细管流变性有影响,从粘度的角度考虑,粒度d50为4.95μm的玉米淀粉和30%甘油比例用于制备TPS材料较合适;不同比例的PBAT和PBSA的流变曲线表明两者具有很好的共混相容性,而在TPS添加后的流变曲线结果表明PBAT/PBSA/TPS复合材料中20%的TPS含量最为合适。最后,吹膜在线检测螺旋不稳定度DHI的结果表明,PBAT和PBSA材料吹膜膜泡稳定性与分子量大小相关,分子量越大则吹膜稳定性越好,而20%~40%的TPS添加量得到的PBAT/PBSA/TPS复合材料吹膜膜泡稳定性差异不大;若PBAT/PBSA/TPS复合材料吹膜加工成型采用吹胀比为4.0以及牵引比为33的工艺,薄膜样品的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度为最高。采用本论文各试验结论得到的较优的材料配方和挤出吹膜工艺为:先利用30%甘油比例进行玉米淀粉的增塑处理制成TPS,再将PBAT/PBSA/TPS以40:40:20的比例共混改性造粒,其中PBAT和PBSA选用分子量最高的牌号,将PBAT/PBSA/TPS复合材料在170℃(熔体温度)温度下吹膜,其中挤出机电机转速400~600rpm,吹胀比调整为4.0,牵引比调整为33;最终制备的PBAT/PBSA/TPS复合材料吹塑薄膜与相同厚度的普通LDPE吹塑薄膜的力学性能相比差别不大,可以作为LDPE软包装领域的替代材料,并能实现生物降解性达到环保和节能要求。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ317;TB383.2

【参考文献】