PBAT/PLA/Calciumcarbonat-Verbundstoff

PBAT/PLA/Calciumcarbonat-Verbundstoff

PBAT/PLA-Folien und PBAT/PLA/CaCO3-Verbundfolien wurden durch Schmelzmischen und Blasformen hergestellt, und die Auswirkungen von CaCO3 auf die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die rheologischen Eigenschaften von PBAT/PLA-Mischungen wurden untersucht.

01. Probenvorbereitung

Die PBAT-, PLA- und CaCO3-Proben wurden zunächst in einem elektrischen Gebläsetrockenschrank bei 70 °C für 48 h getrocknet.Anschließend wurden PBAT, PLA, Kompatibilisierungsmittel Polystyrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer und CaCO3 gemäß den Anteilen in Tabelle 1 gleichmäßig gemischt, in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder zum Schmelzmischen gegeben, die Schneckendrehzahl beträgt 80 U/min, die Temperaturverteilung aus Der Zufuhrabschnitt zum Kopf beträgt 150 ~ 175 ℃, wassergekühltes Pelletieren und Trocknen, die getrockneten Pellets werden mit einer kleinen Folienblasmaschine geblasen, die Wickelgeschwindigkeit beträgt 2,8 m / min und die Foliendicke beträgt 0,04 mm.Die drei Proben wurden als PBAT, PBAT/PLA bzw. PBAT/PLA/CaCO3 gekennzeichnet.15 Teile PLA und 85 Teile PBAT werden ausgewählt.Wird zu viel PLA zugesetzt, wirkt sich dies auf die Bruchdehnung aus, was für den Produktionsprozess von Folienbeuteln nicht geeignet ist.Wenn jedoch zu wenig PLA hinzugefügt wird, gibt es keine gute Verstärkungswirkung, daher entscheidet sich der Autor für die Zugabe von 15 Teilen PLA.

02. Thermische Stabilitätsanalyse von PBAT/PLA/CaCO3-Verbundwerkstoffen

Abbildung 1 zeigt die TG-Kurven von PBAT, PLA, PBAT/PLA und PBAT/PLA/CaCO3.PBAT, PLA und PBAT/PLA/CaCO3 hinterließen alle Kohlenstoffreste, was auf das Vorhandensein von Additiven und Stabilisatoren in diesen kommerziellen Polymeren hinweist.In PBAT/PLA/CaCO3, dem CaCO3 zugesetzt wurde, erreicht die Kohlenstoffrückstandsrate 19,2 %, was dem Rest von CaCO3 entspricht.Im Allgemeinen wird die thermische Stabilität von Verbundmaterialien als T10 % bei der Temperatur angesehen, bei der sich 10 % des Materials zersetzen.Die durch das Mischen von PBAT und PLA erhaltene T10% von PBAT/PLA betrug 329,47°C, während die T10% von PBAT/PLA/CaCO3 nach Zugabe von CaCO3 341,88°C erreichte.Es ist ersichtlich, dass die Zugabe von CaCO 3 die thermische Stabilität von PBAT/PLA-Mischungen stark verbessert, was darauf hinweist, dass die Zugabe von CaCO 3 die Kompatibilität der beiden weiter erhöhen kann.

03. DSC-Analyse von PBAT/PLA/CaCO3-Kompositen

Abbildung 2 zeigt die DSC-Kühlkurven für PBAT, PLA, PBAT/PLA und PBAT/PLA/CaCO3.Tabelle 2 sind die relevanten Parameter seines Kühlkristallisationsprozesses bei 5°C/min.Aus Fig. 2 und Tabelle 2 ist ersichtlich, dass sich sowohl die Kristallisationstemperatur als auch die Schmelztemperatur nach Zugabe von PLA zu PBAT zu einer hohen Temperatur verschoben haben.Verglichen mit dem PBAT/PLA-System waren die Tc und Tm der Verbundmembranmaterialien nach Zugabe von CaCO3 signifikant erhöht, was mit der vorherigen TG-Analyse übereinstimmte.Die Zugabe von CaCO3 verbesserte die thermische Stabilität der PBAT/PLA-Mischungen.Nach der Zugabe von CaCO3 war die Kristallinität von PBAT/PLA signifikant reduziert, was daran liegen könnte, dass die Zugabe von CaCO3 die Bewegung der Molekülketten behinderte, was zu einer Schwächung der Kristallisationsfähigkeit führte.

04. Mechanische Eigenschaften von PBAT/PLA/CaCO3-Verbundwerkstoffen

Tabelle 3 führt die mechanischen Eigenschaften von PBAT-, PBAT/PLA- und PBAT/PLA/CaCO3-Verbundwerkstoffen auf.Es wurde im Verbundblasformen als 0,04-mm-Folie getestet.Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass nach Zugabe einer bestimmten Menge PLA zu PBAT die Quer- und Längszugfestigkeiten der PBAT/PLA-Folie verbessert werden und die hochfesten Eigenschaften von PLA in das PBAT/PLA-Mischmaterial eingeführt werden .Durch die Zugabe von CaCO3 zur PBAT/PLA-Mischung wurden die Quer- und Längszugfestigkeiten der Folie weiter verbessert und erreichten 24,35 MPa bzw. 28,7 MPa.Dies zeigt, dass die Zugabe von CaCO3 die Bindungsstärke der zweiphasigen Grenzfläche zwischen PBAT und PLA verbessert.Gleichzeitig kann die Isotropie von PBAT/PLA-Blends nach Zugabe von CaCO3 unterschiedlich stark verbessert und die Reißfestigkeit deutlich verbessert werden.

Nach der Messung hat PBAT gute Quer- und Längsbruch-Nenndehnungen, die 449,3 % bzw. 365,3 % betragen, während die beiden Bruch-Nenndehnungen von PBAT/PLA nach Zugabe von PLA abgenommen haben.Es ist ersichtlich, dass die Zugfestigkeit in Längsrichtung von PBAT und PBAT/PLA höher ist als die Zugfestigkeit in Querrichtung, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass die PBAT- und PBAT/PLA-Folien während des Blas- und Wickelvorgangs einer orientierten Kristallisation in Längsrichtung unterliegen Die Kristallinität in Längsrichtung ist höher als in Querrichtung.Die nominelle Dehnung beim Querbruch wird nach der Zugabe von CaCO3 weiter reduziert, was auf die hohe Steifigkeit von CaCO3 zurückzuführen ist, die die ursprüngliche Duktilität von PBAT/PLA reduziert und gleichzeitig die Beweglichkeit seiner makromolekularen Ketten reduziert, was dazu führt eine Abnahme der nominellen Dehnung beim Querbruch der PBAT/PLA/CaCO3-Komposite.Andererseits stieg nach Zugabe von CaCO3 die nominelle Bruchdehnung in Längsrichtung von PBAT/PLA-Mischungen an, was darauf hinweist, dass die Zugabe von CaCO3 die Kristallinität von PBAT/PLA bis zu einem gewissen Grad zerstörte, was mit der DSC-Charakterisierung übereinstimmte.In Bezug auf die Härte kann die Härte (HD) von PBAT/PLA-Mischungen nach Zugabe von PLA 44 erreichen, und die Härte (HD) von PBAT/PLA/CaCO3-Verbundwerkstoffen mit Zugabe von CaCO3 kann 51 erreichen, was darauf hinweist, dass die Zugabe von CaCO3 die Härte verbessert von PBAT/PLA-Mischungen.

05. Analyse des rheologischen Verhaltens von PBAT/PLA/CaCO3-Kompositen

Abbildung 3 ist die Kurve der komplexen Viskosität (η*) von PBAT und PBAT/PLA, PBAT/PLA/CaCO3-Verbundstoffen als Funktion der Frequenz.Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Frequenz das η* von PBAT-, PBAT/PLA- und PBAT/PLA/CaCO3-Verbundwerkstoffen alle allmählich abnimmt, was offensichtliche Strukturviskositätseigenschaften zeigt.Dies liegt daran, dass mit zunehmender äußerer Scherkraft die Verhakungsfähigkeit von Molekülketten im Verbundmaterial geschwächt wird und eine gute Fließfähigkeit vorliegt, was zu einer Abnahme von η* führt.Nach der Zugabe von CaCO3 steigt das η* des PBAT/PLA/CaCO3-Systems deutlich an und die Strukturviskositätseigenschaft ist stärker, da die Zugabe von CaCO3 die Zweiphasenkompatibilität von PBAT/PLA-Kompositen verbessern kann.

Im dynamisch-rheologischen Test der Polymerschmelze kann diese nicht nur eine reversible elastische Verformung zeigen, üblicherweise wird der Speichermodul (G') verwendet, um die Elastizität des Materials zu charakterisieren, sondern es können auch irreversible viskose Fließdeformationen von Polymeren gezeigt werden.Der Verlustmodul (G″) wird üblicherweise verwendet, um die Viskosität von Materialien zu charakterisieren.

PBAT/PLA, PBAT/PLA/CaCO3, PBAT/PLA/CaCO3, 4, PBAT, PBAT/PLA/CaCO3.

4 ist ein Diagramm, das die Variation von G' und G'' mit der Frequenz von PBAT-, PBAT/PLA- und PBAT/PLA/CaCO 3 -Verbundstoffen zeigt.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass G' von reinem PBAT und PBAT/PLA-, PBAT/PLA/CaCO3-Verbundstoffen alle mit zunehmender Frequenz zunehmen.Im Tieftonbereich ist der G'-Wert des PBAT/PLA-Composites deutlich höher als der von reinem PBAT.Dies ist auf die Wechselwirkung zwischen PLA und PBAT-Matrix nach Zugabe von PLA zurückzuführen, und auch der Grad der Verflechtung zwischen Molekülketten nimmt entsprechend zu.Es ist schwierig, diese Struktur unter einer kleinen Kraft zu zerstören, und das G' des Materials steigt signifikant an.Nach der Zugabe von CaCO3 erhöht es, da es gleichmäßig in der Matrix verteilt ist, den Bewegungswiderstand der Molekülkette der Matrix erheblich, und gleichzeitig hat CaCO3 einen gewissen Kompatibilisierungseffekt zwischen PBAT und PLA-Matrix, sodass der G'-Wert weiter ansteigt.Aus Abbildung 4 ist ersichtlich, dass das G' des PBAT/PLA/CaCO3-Verbundes im gesamten Frequenzbereich deutlich höher ist als das von PBAT/PLA.Gleichzeitig steigt auch das G″ nach Zugabe von CaCO3 deutlich an, was auch auf die kompatibilisierende Wirkung von CaCO3 zurückzuführen ist, die die innere Reibung der Molekülkette während der Bewegung erhöht, und auch die viskose Dissipation der Molekülkettenbewegung erhöht .

06. Fazit

(1) Die Charakterisierung durch TG und DSC zeigt, dass die Zugabe von CaCO3 die thermische Stabilität von PBAT/PLA-Verbundwerkstoffen stark erhöht, während die Kristallinität von PBAT/PLA-Verbundwerkstoffen verringert wird.

(2) Die Zugabe von CaCO3 verbesserte die mechanischen Eigenschaften des PBAT/PLA-Verbundfilms erheblich.Die Quer- und Längszugfestigkeiten stiegen von 21,06 MPa bzw. 24,3 MPa auf 24,35 MPa bzw. 28,7 MPa und die Härte (HD) erreichte 51. Dies zeigt, dass CaCO3 eine signifikante verstärkende Wirkung auf PBAT/PLA-Verbundwerkstoffe hat.

(3) Im rheologischen Test erhöht die Zugabe von CaCO3 die komplexe Viskosität, den Speichermodul und den Verlustmodul von PBAT/PLA, was weiter beweist, dass CaCO3 die Bindungsfestigkeit der Zweiphasengrenzfläche verbessert.

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