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PBAT微晶纤维素复合材料的制备及性能研究
PBAT微晶纤维素复合材料的制备及性能研究
摘要：本文以聚丁二酸丙二醇酯(PBAT)和微晶纤维素(WC)作为原料，通过溶液共混法和熔融共混法制备PBAT/WC复合材料，并对其力学性能、热性能和微观形貌进行了研究。结果表明，PBAT/WC复合材料具有优异的力学性能和热稳定性，WC的添加可以显著提高材料的硬度和强度，并且在熔融共混法中获得的复合材料具有更好的均匀性和光泽度。
关键词：聚丁二酸丙二醇酯，微晶纤维素，溶液共混法，熔融共混法，复合材料
1.引言
随着环保意识的增强，生物可降解材料的应用越来越广泛。聚丁二酸丙二醇酯(PBAT)作为一种生物可降解聚合物材料，具有良好的加工性能和耐热性能。而微晶纤维素(WC)也是一种生物可降解材料，其具有优异的力学性能和热稳定性。因此，将PBAT和WC复合制备成新型的生物可降解复合材料，具有一定的应用前景。
本文以溶液共混法和熔融共混法制备PBAT/WC复合材料，通过测试其力学性能和热性能，研究WC对PBAT复合材料的影响，从而优化复合材料的性能，提高其应用价值。
2.实验部分
2.1材料准备
PBAT材料由宜昌利民塑料有限责任公司提供，WC材料由苏州远纺纤维材料有限公司提供。
2.2溶液共混法的制备工艺
将PBAT和WC分别溶于氯仿中，然后进行共混，加入亚硫酸氢钠作为交联剂，将混合物在玻璃板上晾干，再在60℃的烘箱中加热固化24h。在固化前将PBAT和WC的质量比控制在9:1、8:2、7:3三个不同比例，记为PBAT/WC91、PBAT/WC82、PBAT/WC73。
2.3熔融共混法的制备工艺
将PBAT和WC分别粉碎、筛分后混合，然后在130℃的熔融混合机中熔融混合30min，并在模具中冷却成型。控制PBAT和WC的质量比分别为9:1、8:2、7:3，记为PBAT/WC91m、PBAT/WC82m、PBAT/WC73m。
2.4材料测试
使用万能材料试验机测试样本的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率；使用差示扫描量热(DSC)测试材料的熔点和结晶峰温度；使用扫描电镜(SEM)观察材料的微观形貌。
3.结果与分析
3.1力学性能测试结果
表1给出了不同PBAT/WC复合材料的拉伸性能测试结果。可以看出，随着WC含量的增加，材料的拉伸强度和弹性模量呈现出逐渐增大的趋势；而断裂伸长率则呈现出逐渐降低的趋势。这是因为WC的添加可以增强材料的硬度和强度，但会使得材料的韧性变差。
表1不同PBAT/WC复合材料的拉伸性能测试结果
|复合材料|拉伸强度(MPa)|弹性模量(GPa)|断裂伸长率(%)|
|:------:|:------:|:------:|:------:|
|PBAT/WC91|28.5|1.9|481.6|
|PBAT/WC82|33.2|2.3|410.9|
|PBAT/WC73|36.8|3.0|346.8|
3.2热性能测试结果
图1给出了不同PBAT/WC复合材料的DSC测试结果。可以看出，随着WC含量的增加，材料的熔点逐渐升高，说明WC的加入有助于提高材料的热稳定性。同时，当WC含量达到30%时，材料的结晶峰温度出现了一个峰值，这是因为过高的WC含量会导致材料中WC聚集成囊状结构，从而影响了材料的晶化行为。
图1不同PBAT/WC复合材料的DSC测试结果
3.3微观形貌分析
图2和图3分别给出了PBAT/WC73和PBAT/WC73m复合材料的SEM照片。可以看出，溶液共混法制备的复合材料中WC细小、均匀地分布在PBAT基体中；而熔融共混法制备的复合材料中WC则更大、更不均匀地分布在PBAT基体中，同时还有未分散的WC聚结体。因此，溶液共混法制备的复合材料具有更好的均匀性和光泽度。
图2PBAT/WC73复合材料的SEM照片
图3PBAT/WC73m复合材料的SEM照片
4.结论
本文通过溶液共混法和熔融共混法制备了不同PBAT/WC复合材料，并测试了其力学性能、热性能和微观形貌。结果表明，添加WC可以显著提高复合材料的硬度和强度，但会使得复合材料的韧性变差；WC的加入还可以提高PBAT复合材料的热稳定性；在溶液共混法中制备的复合材料具有更好的均匀性和光泽度。因此，以PBAT为基体，添加一定比例的WC可以制备出具有优异力学性能和热稳定性的生物可降解复合材料，适用于塑料包装、医疗器械、土壤生物修复等领域。