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聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种典型的脂肪族聚酯,具有良好的力学性能、热稳定性和成型加工性能,同时PBS还具有优良的可生物降解性能,因此PBS在环保领域解决普通塑料的污染问题受到了广泛的关注。但是目前由于生产PBS的原料较贵,导致PBS的生产成本较高,使其推广应用受到限制。而淀粉作为一种天然的可降解高分子材料,来源广泛、价格低廉,在塑料加工领域作为一种可降解的填料被广泛的使用。据此,本文旨在将淀粉与PBS结合,制备出价格低廉的全生物可降解塑料,推广PBS在日常生活中的应用。 论文的研究内容和主要结果如下: (1)首先对淀粉高填充PBS的加工条件进行了探索,为保证淀粉粉料和PBS粒料的充分混合,选择开炼机将高含量的淀粉填充到PBS中。考察不同淀粉的填充量、不同的助剂以及不同助剂的含量对淀粉高填充PBS体系力学性能、界面形态以及动态流变性能的影响。 (2)在不加助剂时,淀粉高填充PBS材料的实际拉伸强度和理论计算拉伸强度相近,淀粉表面和PBS分子链相互作用较弱;通过SEM观察到,淀粉和PBS相容性很差,界面空隙较大;随着淀粉含量的增加,共混材料的拉伸强度和断裂伸长率下降,而弯曲模量上升;随着淀粉含量的升高,复合材料复数粘度增加,流动性能下降;淀粉填充量为60%的共混材料由于淀粉颗粒间相互作用的增大,导致材料在应变扫描中没有严格的线性粘弹区,呈现似固体行为。 (3)加入塑化剂后,淀粉高填充PBS共混材料的性能有不同程度的改善。两种酯类塑化剂中,TBC促进了淀粉和PBS的相容性,共混材料的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲模量都有一定程度的升高,同时界面形态的改善也最大;而三种醇类塑化剂对材料的界面形态和力学性能的改善较弱,尤其是山梨醇使得淀粉颗粒间的相互作用增强,增大了体系的氢键密度,导致材料整体力学性能下降;动态流变性能的测试表明,五种塑化剂除山梨醇外,都不同程度的增加了共混材料在高温下的流动性能,且TBC对体系的增容效果最好;由于山梨醇增加了淀粉颗粒间的相互作用,使得PBS分子链活动能力下降,导致PBS的结晶温度升高,其他四种塑化剂对基体PBS的熔点和结晶情况影响较小。添加塑化剂TBC的淀粉高填充PBS材料柔性较好,适合注塑加工成型,适合做一次性杯盖、一次性花盆等制品。 (4)三种硅烷偶联剂对于材料的性能都有不同程度的提高。其中KH-550对于PBS/淀粉间界面形态的改善最好,且材料拉伸强度和弯曲模量都有大幅度的提高,材料的拉伸强度提高一倍,达到纯PBS的拉伸强度。动态流变性能的测试表明,KH-550的增容效果最好,三种偶联剂对体系在高温下流动性能的影响不大;三种偶联剂对基体PBS的熔点和结晶情况影响较小。添加偶联剂KH-550的淀粉高填充PBS材料刚性较强,适合做一次性餐具、杯托等制品,可用注塑成型的方法加工。 (5)扩链剂ADR的加入对淀粉高填充PBS有一定的增容作用,且由于ADR的扩链和交联作用材料的拉伸强度和弯曲模量大幅度提高。拉伸强度超过纯PBS的拉伸强度,达到40MPa;动态流变性能测试表明,随着ADR添加量的提高,材料在高温下的流动性能下降,不利于注塑成型。添加扩链剂ADR的淀粉高填充PBS材料刚性强,高温流动性较差,适合做杯垫、托盘等结构简单制品,根据淀粉填充量以及ADR的含量,选择注塑或者吸塑的工艺加工成型。 (6)通过堆肥降解来研究淀粉高填充PBS共混材料的降解性能。纯的PBS在前七周降解较慢,第八周PBS的降解进入加速期,且这段时间内,由于非晶区降解速度快于晶区的降解速度,PBS的结晶度随降解时间的增加而增大;在第十周时,PBS样片的质量损失超过30%;而加入淀粉的材料,由于淀粉优良的可生物降解性,降解速度显著提高,且随淀粉含量的增加,降解速度显著增加;加入淀粉的样品在降解到第七周时,材料已经开始崩解,难从蛭石中取出。