碳酸钙含量对PBAT性能的影响

发布时间:2022-10-07 02:22:44 来源:hq环球体育网页 作者:环球体育官网链接


  PBAT作为热塑性生物可降解材料,由己二酸丁醇酯(PBA)与对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)缩聚而成,拥有良好的延展性、加工性能、安全性和可生物降解等诸多优点,近年来成为一大热点,但PBAT的结晶度较高,加工时黏度大,而且PBAT的售价较高,限制了PBAT的推广使用。而碳酸钙具有成本低,有助于塑料加工的特点,因此在PBAT中添加碳酸钙可改善其加工使用性能和降低成本,但不同含量的碳酸钙对PBAT性能有不同的影响,具体如下:

  图1为碳酸钙含量对PBAT密度的影响,由图可见PBAT纯料的密度为1.21 g/cm3,随着碳酸钙含量的增加,PBAT的密度增大。当碳酸钙母粒含量为10 %时,密度为1.26 g/cm3,两者之间相差0.05,密度有所提高。碳酸钙母粒含量为40 %时,密度为1.44 g/cm3,上升幅度增大。碳酸钙密度2.75 g/cm3,碳酸钙的密度大于PBAT的密度,因此随着碳酸钙的增加PBAT/碳酸钙复合材料密度增加。

  图2为碳酸钙含量对PBAT拉伸强度的影响,由图可见,随着碳酸钙含量的增加,PBAT 的拉伸强度下降。当碳酸钙含量为10 %时PBAT的拉伸强度下降到 14.45 MPa,相比纯PBAT的拉伸强度21.18 MPa,下降了6.73 MPa,降幅达31.78 %。表明随着碳酸钙粒子的不断加入,PBAT的分子结构连续性被打破,碳酸钙粒子的连续性较差,降低了PBAT/碳酸钙复合材料的承受应力,从而降低了拉伸强度。此外,PBAT与碳酸钙的界面结合强度不佳也是 PBAT 拉伸强度下降的重要原因之一,有必要在后期开展加强PBAT与碳酸钙的界面结合能力方面的研究。

  断裂伸长率指的是材料受到拉伸至断裂时,拉伸断裂后的伸长长度与拉伸前的原长度的比值称断裂伸长率。PBAT的断裂伸长率随着碳酸钙含量的增加整体呈下降趋势。碳酸钙含量在30 %到40 %之间下降速度明显大于碳酸钙含量在0到30 %之间。PBAT分子结构中由于酯基的存在,自身的柔顺性较好。碳酸钙作为无机材料,分子量较小,自身几乎无形变能力。此外,碳酸钙粒子加入PBAT中,降低了大分子链的运动能力和力的传递,导致PBAT/碳酸钙的复合材料的形变断裂伸长率降低。

  图3为碳酸钙含量对PBAT冲击强度的影响,研究发现PBAT的冲击强度随着碳酸钙含量的增加而增大。纯料PBAT样条韧性为39.36 KJ/m2,碳酸钙母粒含量为10 %时,冲击强度为 42.38 KJ/cm2,冲击强度在碳酸钙母粒含量在40 %时达到最高为57.67 KJ/m2。当碳酸钙含量较低时被冲击过的样条缺口处会出现变形,当含量增加,冲断试样缺口会出现裂纹和银纹,表明碳酸钙粒子分散在PBAT/碳酸钙复合材料中,在受到外力的作用下会产生集中应力,银纹来吸收力,从而提高了复合材料的冲击性能。此外,碳酸钙作为无机刚性粒子,硬度和刚性要高于PBAT,当PBAT/碳酸钙收到冲击发生破坏时,相比于PBAT柔性基体,碳酸钙刚性粒子的存在会使复合材料产生更高的反作用力,从而使PBAT的冲击强度测试结果提高。

  资料来源:《冯潮. 碳酸钙含量对PBAT物理性能的影响【J】.广东化工,2022,49(02):33-35》