【摘 要】
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为减少石油资源使用及废旧塑料造成的环境污染,生物可降解高分子由于其降解性、对环境低负荷等特性而越来越受到人们的重视。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种典型的生物可降解高分子材料,具有良好的综合性能。但PBS的价格相对较高、降解速度较缓慢,常需与价格低廉、来源丰富、易降解的淀粉（ST）等进行共混,在降低成本的同时,扩大材料的应用范围,并实现复合材料较快速度的降解。基于此,本文通过熔融共混法制备ST/P
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为减少石油资源使用及废旧塑料造成的环境污染,生物可降解高分子由于其降解性、对环境低负荷等特性而越来越受到人们的重视。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种典型的生物可降解高分子材料,具有良好的综合性能。但PBS的价格相对较高、降解速度较缓慢,常需与价格低廉、来源丰富、易降解的淀粉（ST）等进行共混,在降低成本的同时,扩大材料的应用范围,并实现复合材料较快速度的降解。基于此,本文通过熔融共混法制备ST/PBS复合材料,探究了淀粉用量对复合材料各项性能的影响。考虑到PBS与淀粉之间存在极性差异,二者直接共混时易发生相分离,从而降低复合材料的性能。因而,本文进一步设计合成新型改性剂和聚氨酯预聚体以增强淀粉与PBS间的相容性,详细考察其对淀粉以及复合材料性能的影响。具体研究内容如下:（1）首先采用熔融共混法制备了ST/PBS复合材料,探究淀粉用量对复合材料各项性能的影响。随着淀粉用量的增加,复合材料的力学性能降低,而降解速度提高。淀粉用量为50 wt%的复合材料土埋降解90天,质量损失率达到33.12%,远快于PBS土埋降解90天的质量损失率（0.82%）。热失重分析（TGA）结果表明,淀粉颗粒的热分解温度区间为280-340℃,PBS的热分解温度区间为340-425℃,通过热重的质量损失率可以判断ST/PBS复合材料各个组分含量;通过对降解后的ST/PBS复合材料进行TGA测试和差示扫描量热（DSC）测试可知,ST/PBS复合材料在280-340℃的热失重率较未降解的少,而PBS降解后结晶度增加;综合分析可知,ST/PBS复合材料的降解速率为:淀粉＞PBS的非晶区域＞PBS的结晶区域。（2）为提高淀粉与PBS的相容性,选用正辛醇、十二醇和十八醇与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）反应制备一端带有疏水长链,另一端带有异氰酸酯基团的改性剂,利用不同的改性剂处理淀粉颗粒表面,制备改性淀粉（MST）,随后通过熔融共混法制备MST/PBS复合材料。以淀粉用量为30 wt%的复合材料作为研究对象,探究了改性剂种类与用量对淀粉以及复合材料性能的影响。研究结果表明,改性剂能够有效改性淀粉颗粒的表面性质,由水接触角测量仪和活化指数表征MST的疏水程度和改性程度可知,添加3 wt%由十八醇和IPDI反应制备的改性剂（M18）能使淀粉颗粒的水接触角达到140.3°,淀粉的活化指数达到95%。改性剂用量为3 wt%的M18-MST与PBS熔融共混制备的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度与未改性的复合材料相比分别提高了10.73%、38.65%和61.53%;改性剂降低了淀粉颗粒表面的极性,增强了淀粉与PBS之间的相互作用。而且,改变改性剂的用量,可控制淀粉的疏水程度,能够进一步调控复合材料的降解速率。（3）为了进一步降低复合材料的成本,选用淀粉用量为50 wt%的复合材料作为研究对象,分别采用分子量为2000、3000、4000的聚己二酸-2-甲基-1,3-丙二醇酯二醇为聚酯多元醇与IPDI反应制备聚氨酯预聚体作为复合材料的增容剂。探究增容剂的软段链长和用量对复合材料力学性能、熔体流动速率、结晶性能和降解性能的影响。研究结果表明:添加预聚体能够大幅度提高复合材料的力学性能。但是,随着聚氨酯预聚体用量的增加,复合材料的拉伸强度略有降低,断裂伸长率和冲击强度先提高后降低。添加5 wt%分子量为3000的聚酯多元醇与IPDI反应制备的预聚体（M3000）,复合材料的断裂伸长率从4.19%提高至130.55%,冲击强度从4.01 k J·m-2增加到8.19 k J·m-2;继续添加预聚体,预聚体会分散在PBS基质中,降低复合材料的结晶度和力学性能。总体上聚氨酯预聚体能够有效增强淀粉与PBS之间的相互作用力,从而提高复合材料力学性能,并在一定程度可调控复合材料的降解速度。
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