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滑石粉对降解塑料PBS结晶度及力学性能的影响

发布日期:2021/9/28 12:59:26 访问次数:297

聚丁二酸丁二酯(PBS)是一种典型的脂肪族聚酯,也是现如今非常热门的一种生物基可降解高分子材料。PBS是一种半结晶型热塑性聚合物,结晶度约40%~60%,熔点为114℃,加工温度140~260℃,适用于注塑、吹塑、吹膜、吸塑、层压、发泡、纺丝等多种成型方法进行加工,且产品的热变形温度和最高使用温度均高于100℃,各项性能与聚乙烯和聚丙烯相近,因此可以作为工程塑料使用。除此之外,作为生物材料,PBS还具有传统塑料所不具备的其它优点,如优异生物降解性、生物相容性和生物吸收性等,使得它不仅广泛应用于包装行业、农用薄膜和制作餐具,还可用于医用高分子材料等领域。 PBS也存在一些缺点,例如结晶度高、力学性能差等,因此对PBS改性十分必要。滑石粉(Talc)是一种常用塑料改性剂,具有价格低廉、易于生产制造且无毒害的优点,兼之润滑的作用,加入聚合物中能改善材料的力学性能和加工性能,并且能加快结晶态聚合物结晶速率,降低结晶度。 长春工业大学李昆育等采用熔融共混方法制备了PBS/Talc复合材料,通过使用不同粒子尺寸的Talc,探究了复合材料的力学性能、结晶性能等的影响。


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PBS/Talc复合材料的制备

使用密炼机将干燥后的PBS和四种不同粒子尺寸的Talc分别以不同的质量比(100∶0,97∶3,94∶6,91∶9,88∶12,85∶15和80∶20),在温度为140℃、转子转速为60 r/min的条件下熔融共混12 min,最终得到一系列PBS/Talc复合材料。纯PBS,PBS/Talc (400,800,1 250,3 000目)复合材料分别标记为0#,1#,2#,3#,4#试样


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Talc尺寸及含量对PBS复合材料性能影响


结晶性能分析

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由表可知,随着粒子尺寸减小,结晶度逐渐降低,最小值为36.34%,相比于纯PBS降低了7.8%。实验结果说明,Talc对于PBS来说是一种十分有效成核剂。Talc的加入改善了PBS结晶性。

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Talc目数影响对比:由图a可知,加入400目和800目Talc时PBS组分在19.48°,21.72°,22.40°和28.64°处分别出现4个主要特征峰,此时PBS的晶型未被改变;加入1 250目和3 000目Talc后在19.48°左侧出现了一个小的尖锐吸收峰,说明加入尺寸更小的Talc后其与PBS之间产生了键合,使得其与PBS基体间连接处的部分的晶型发生了细微的变化


Talc含量影响对比:由图b可知,当Talc含量越高(从3%~20%)时,在19.48°的左侧出现的尖锐吸收峰的面积越来越大,说明当Talc含量增多时,其与PBS树脂基体间的连接部分增多,而对连接处的PBS的晶型改变也越明显


力学性能分析

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Talc目数影响对比:从图a中发现,PBS/Talc (1 250目)的冲击性能最佳。这是因为Talc目数低时其粒径尺寸较大,在热塑性树脂中易团聚,分散不均匀,导致材料易脆性断裂。粒子尺寸减小至1 250目时,表面羟基数量减少,不易发生团聚现象,使得复合材料的韧性与PBS相比有了较大提升。然而,当粒子尺寸减小至3 000目时,由于尺寸较小,在PBS分子链中难以产生作用。


Talc含量影响对比:从图a中发现,当Talc含量增加时,四个尺寸粒子系列的性能变化均趋于相同,PBS复合材料冲击性能呈先增大后减小趋势,且在Talc含量为6%时材料冲击强度达最大值,尤其是PBS/Talc (1 250目)冲击强度达到73 J/m,相比于纯PBS提升了近70%。


从图b可以看出,当粒子尺寸逐渐减小时,PBS复合材料拉伸强度逐渐增大,这说明材料的硬度及抗形变能力均逐渐增强。

四个尺寸粒子系列的力学性能变化均趋于相同。


扫描电镜分析

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上图中b~d图为Talc含量同为6%且不同目数时PBS复合材料SEM图,e~f图为Talc为1250目,且含量分别为9%和20%时PBS复合材料SEM图。由图c可知,当加入1 250目Talc后,照片中出现了明显的“悬崖”式形貌,说明韧性得到了极大的提升,材料从脆性断裂向韧性断裂发生转变。而加入3 000目Talc后(图d),复合材料的冲击断面处反而变得较为光滑,说明Talc的粒子尺寸过小时,反而会使材料的韧性有所下降。加入9%的1 250目Talc时,材料断面出现了“丝状”结构(图e),证明材料韧性得到改善。随着Talc含量升高至20%时相分离现象逐渐变得明显(图f)。说明加入Talc过多时,韧性会因界面间相容性变差而降低。

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