PPC/PBAT生物降解材料热性能和力学性能的研究分析

李新乐 卫宏远

摘 要：应用PBAT对PPC进行共混改性分析，之后对共混物的性能进行分析，对PPC纯料和纤维素进行受控堆肥条件下的氧生物分解和崩解能力测试分析。经过一系列的测试分析之后发现同样时间范围内PPC生物分解速率要低于纤维素生物的分解速率。

关键词：PBAT;PPC;生物降解材料;热性能;力学性能

在人类社会持续发展的情况下社会范围内的环境污染和能源紧缺问题也变得更加严重，大量塑料废弃物的排放严重危害了环境，白色污染成为世界范围内亟待解决的问题。与此同时，多数高分子材料的加工原材料是石油的降解产物，社会的发展不断加大了对石油的需求，逐渐枯萎的石油资源不再能够满足人类的需求，在这样的情况下开发生物降解材料成为一种时代发展的必然。二氧化碳和环氧丙烷催化合成了聚碳酸酯（PPC），這种材料是一种能够生物降解的脂肪族聚酯，在环境中可以降解成二氧化碳和水，是一种环境友好材料。PBAT是PHA中的一种，是微生物在非平衡状态下细胞内存储的碳源和能源物质，一般通过微生物发酵某一种可再生天然原料来合成，具有生物可降解性、生物相溶性、压电性、光学活性，在多个领域中都得到了广泛的应用。为了能够更好的发挥出PPC/PBAT在各个领域的应用作用，文章现就PPC/PBAT生物降解材料热性能和力学性能问题进行探究。

1 PPC/PBAT生物降解材料热性能和力学性能的实验研究

1.1 器械准备

实验研究所应用的PLA和PPC分别来自于日本岛津公司和中国内蒙古公司，PHBV来自于日本公司。在选择好材料之后应用溶液浇铸的方式制作了多个配比的混合物，所有的样品放置在真空干燥的箱体温室内部干燥48h，在干燥处理之后放置在干燥器中备用。

1.2 共混材料物性能的分析

示差扫描量热分析。示差扫描量热分析是在热分析仪上开展的分析，在分析的时候会取大约20mg的样品放置在铝坩锅上，扫描速度是每分钟10℃，扫描测试的温度在零下100℃到零上200℃之间，在扫描操作的过程中会得到DSC分析曲线。第二，热失重分析。在选择好的专业热重分析仪上将11mg的样品放入到天平样品池中，并在其中加入高纯度的N2进行吹扫。在室内基础温度的基础上按照每分钟10℃的比例来对样品进行加温处理，在加温到600℃的时候会得到热失重曲线和微分热失重曲线。第三， 力学性能测试。应用万能材料试验机来对材料进行性能分析，这项分析工作会在250kg的负荷传感器上和每分钟20mm的拉伸速度下进行测试。在测试的时候试样会被制作成哑铃的形状， 中间的间隔尺寸大小为35mm×6mm。在试样操作的时候对于每一个试样都至少需要做四个重复性的检验分析。

1.3 土壤悬浊模拟环境实验检测方式测定共混材料环境生物降解性能

按照规范的标准来收集整理土壤，所采集土壤所在地区没有降解材料的应用历史，所收集土壤的基本性质如下所示：pH（H2O）土壤的酸碱值为8.1;pH（KCI）的酸碱值是7.65;H2O的酸碱值是15.14。在了解土壤酸碱值之后按照以下的方式来制作土壤矿物盐原液：按照标准选择100g的土壤放置在经过灭菌处理后的1000mL的无机矿物盐培养基中，并将材料放置在4℃的环境中搅拌半个小时，搅拌之后静静的放置一个小时，最终会得到0.1g/mL的土壤矿物盐原液，之后在其中加入0.3g干燥到恒重的不同比例PPC/PBAT膜，所有锥形瓶在有氧环境下可以按照每分钟120转的速度震荡。

2 实验结果分析

2.1 PPC/PBAT共混物的热性能和相容性能

PPC/PBAT是一种结晶高聚合物，熔融温度在173.1℃和155.8℃。PPC是一种非结晶性无定形态高聚合物，PLA、

PPC和PHBV的玻璃化转变温度分别是62.2℃、32.9℃和0℃。这三个类型混合物在150℃到180℃之间会出现三重峰的熔融行为。PHBV的熔融双峰会出现在153℃和162℃上，峰的面积会随着PHBV组分含量的增加不断增加。

PPC/PBAT共混物的关系分析如图一所示。C组出现熔融双峰的温度I是149.6℃，II是160.1℃，比其他小组的Tm温度低，在170℃时熔融双峰温度III是PLA组分的熔融峰。在这个过程中峰的面积也会随着共混合物PIA含量的增加而增加。在c组中PLA的Tm会不断降低，基于PPC是无定形态高聚物，在混合物中PPC含量比较高的时候，在28℃的时候会出现玻璃化转变温度。在共混合物中组分含量变化的情况下混体系中的Tg数值也会出现规律的变化。

2.2 PPC/PBAT生物降解材料共混体系热稳定性

PPC/PBAT生物降解材料共混体系热稳定性会通过热失重来进行分析，经过分析之后发现PLA或者PHBV的含量越高，材料的热失重温度也会不断提升，材料的热失重温度会提升，热稳定性会增强，由此可以发现PLA的热稳定性超过PHNV的热稳定性。

2.3 PPC/PBAT生物降解材料共混体系的力学性能

PLA是典型的玻璃态硬质材料，最高强度能够达到100MPa。PPC是一种比较典型的柔弱材料，最高拉伸强度是2.7667MPa，在拉伸操作的过程中断裂伸长率很高。经过应力曲线的变动分析之后发现，PPC的含量越高断裂伸长率就越大，其中d组的PPC含量为60%，断裂伸长能够达到170%的比例，但是强度却没有达到3AMPa。由此发现，PHBV是一种脆弱的高分子材料，其拉伸强度和断裂伸长率都不高。

3 结束语

综上所述，PPC/PBAT生物材料在使用的时候都具备一定的相容性，通过力学试验分析可以发现各个类型的混合物会呈现出一种优势互补的状态，PLA是共混物赋予比较高的模量和拉伸强度，PPC是一种共混物所赋予的韧性和断裂拉伸率比较高的材料，但是PLA和PPC的环境生物降解率不高，在加入PHBV之后能够有效提升共混物环境生物降解的速率。

参考文献：

[1]王秋艳，许国志，翁云宣.PPC/PBAT生物降解材料热性能和力学性能的研究[J].塑料科技，2011（06）：28-31.

[2]陶剑，胡丹，刘莉等l.PLA，PPC和PHBV共混物的热性能，力学性能和生物降解性能研究[C]//中国化学会第14届反应性高分子学术讨论会.2008.

[3]潘宏伟.聚对苯二甲酸丁二醇-co-己二酸丁二醇酯（PBAT）生物降解膜的制备及性质研究[D].2016.

[4]陶剑，胡丹，刘莉，等.PLA，PPC和PHBV共混物的热性能、力学性能和生物降解性能研究[J].离子交换与吸附，2010.

[5]许安，刘淑强，吴改红等.生物可降解PLLA/PGA复合膜的力学性能及热性能研究[J].塑料科技，2017（1）：69-73.