PLA增強改性PBS共混物制備及性能

白聰艷(西北民族大學，甘肅 蘭州 730124)

0 引言

伴隨社會進程的不斷加快和生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善，塑料制品得以快速地大量被生產(chǎn)、使用、廢棄，對自然環(huán)境造成了極大的不利影響。為了能夠有效地解決這一環(huán)境問題，可生物降解聚合物材料現(xiàn)如今受到了社會越來越廣泛的喜愛，成為了相應行業(yè)今后發(fā)展所研究的主要課題方向之一，也是落實環(huán)境保護政策的重要手段。而其中，PBS是一種具備較為廣闊的應用市場以及發(fā)展空間的可生物降解材料，由丁二酸和丁二醇通過聚合反應而形成，性能能夠滿足較多的要求，并且在合適的條件促使之下，PBS能夠在短暫的時間內(nèi)完全降解成對環(huán)境沒有污染的物質(zhì)?，F(xiàn)階段，我國 PBS一類的物質(zhì)的整體研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展局面呈現(xiàn)出一種比較良性的狀態(tài)，有越來越多的中大型化工企業(yè)開始研究并發(fā)布相關(guān)的產(chǎn)品，為PBS的研發(fā)和推廣創(chuàng)建了極為優(yōu)良的前提基礎(chǔ)。但PBS所具備的比較高的熔體流動性、比較低的穩(wěn)定性和所使用的設備性能等都需要通過改性來得到更好的增強，以確保能夠適應今后社會發(fā)展對其所提出的各方面要求和需求。

現(xiàn)如今，共混復合改性是PBS改性的主要方式之一，其可以借助各種有效的對應有機化合物或者無機物來進行復合改性。而其中，聚乳酸，也就是PLA，是一種強度等級較高、加工較為便利的可生物降解材料。將PBS和PLA混合來制備共融物，能夠在很大程度上促使其在性能上進行優(yōu)勢互補。就現(xiàn)階段的實際情況來看，將韌性比較優(yōu)良的PBS作為增韌改性劑、研究PBS對PLA材料的增韌效果占據(jù)了現(xiàn)階段相關(guān)研究的主要課題內(nèi)容。

文章接下來擬打算將PLA當成是改性劑，研究硬質(zhì)PLA對柔性PBS基體的增強改性效果以及研究PLA使用量對PBS材料熔體黏度、拉伸性能、微觀形貌以及結(jié)晶結(jié)構(gòu)等性能產(chǎn)生的影響，以期望能夠有所裨益。

1 PLA增強改性PBS共混物的制備

第一步所需要做的就是將PBS與PLA樹脂顆粒在45℃、真空、干燥的環(huán)境之下放置16小時。然后根據(jù)不同的一系列的PBS與PLA質(zhì)量比來開展相應的稱重工作，并將兩樣樹脂顆粒合理性地進行混合。繼而，再將混合好的物質(zhì)方式放入到對應的融合裝置之中，在合適的溫度、混合速度等條件之下進行共融混合。當融合裝置完成上述工作之中，取出其中所產(chǎn)生的適量的預壓坯料，以為之后的使用提供保障。

將預壓坯料放到模壓機模具內(nèi)，在高溫、高壓的環(huán)境下壓制成一毫米后的板。繼而，將包含物質(zhì)的高溫模具以最快的速度轉(zhuǎn)移到冷壓機當中，在較低的環(huán)境下快速冷卻并定型，開模后得到片材。將片材制作成所需式樣之后，在放置一段時間確保其性能穩(wěn)定之后，對其各項性能、型號標準等進行反復檢測。

2 PLA增強改性PBS共混物的性能

2.1 PBS/PLA 共混物的熔體流動速率

為研究PLA含量對PBS與PLA共混物熔體流動性能的影響，利用熔體流動速率測定裝置來檢測出較為準確的共混物的熔體流動速率。根據(jù)檢測所得到的數(shù)據(jù)來看，PLA的含量和PBS、PLA共混物的熔體流動速率整體上呈現(xiàn)出反比關(guān)系。這主要是因為PLA熔體具備比較強的黏度，其熔體流動速率相對而言比較慢，從而會在一定程度上導致共混物的熔體黏度提高，進而減緩其熔體流動速率。針對于具有高熔體流動性的純度較高的PBS樹脂來看，PBS/PLA共混物的熔體流動性極大地減少，對于提高PBS共混物質(zhì)的熔體強度具有非常積極的作用以及意義，有助于改善其在成型、應用之后的性能穩(wěn)定。

2.2 PBS/PLA 共混物的微觀形貌

眾所周知，聚合物共混物中分散相的形貌會對它實際的力學性能產(chǎn)生非常深遠的影響。通過借助相應的具備高分辨率攝像、拍照功能的設備來對共混物試樣的淬斷面進行觀察和拍照，可以顯著發(fā)現(xiàn)，兩種物質(zhì)含量占比的不同，都會導致PBS/PLA 共混物微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)典型的“海島”狀結(jié)構(gòu)，分散相PLA以顆粒狀形態(tài)分散于基體 PBS 中。而隨著 PLA 含量在一定范圍內(nèi)增長的過程之中，PLA 分散相顆粒的直徑大小與之呈現(xiàn)出正比關(guān)系，由此觀之，PBS 基體與 PLA 分散相在一定的范圍之內(nèi)，具備一定程度上的相容性，可以確保 PLA 分散相以比較小的直徑大小等均勻地分布在 PBS 基體中。然而，當超出這個范圍之后，PLA 分散相就極其容易發(fā)生一些不理想的相合并現(xiàn)象，從而導致一些 PLA 顆粒直徑大小會極大地增加，進而會導致PBS/PLA 共混物拉伸性能的受到一定程度上的不利影響。

2.3 PBS/PLA 共混物的拉伸性能

根據(jù) PLA 含量不相一致的 PBS/PLA 共混物的拉伸性能測量數(shù)據(jù)結(jié)果來看，其拉伸性能主要涵蓋了拉伸彈性模量、拉伸屈服強度和斷裂伸長率。隨著 PLA 含量的增加，PBS/PLA 共混物的拉伸彈性模量與之呈現(xiàn)出愈發(fā)顯著的正比關(guān)系，而拉伸彈性模量則主要是用來研究在彈性限度內(nèi)材料的抗拉能力。根據(jù)胡克定律，拉伸彈性模量越大，就表示所測量物質(zhì)發(fā)生彈性形變的要求更加高，剛性和強度更加大。并且，根據(jù)相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)來看，具備較高拉伸彈性模量的 PLA 對 PBS 基體有著更加優(yōu)良的積極作用。

與此同時，PLA 的總體含量還能夠促使 PBS/PLA 共混物的拉伸屈服強度的提升，呈現(xiàn)出非常顯著的正比增長趨勢。除此之外，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)與信息來進行分析，可以明顯發(fā)現(xiàn)伴隨 PLA 含量的逐漸提升，PBS/PLA 共混物的拉伸韌性也出現(xiàn)了較大程度上的增強。

純 PBS 的斷裂伸長率為 282.5%。而當 PLA 含量在一定范圍內(nèi)增長的過程之中，其斷裂伸長率會隨PLA含量的增長而增大，但是超出這一范圍之后，其斷裂伸長率將會穩(wěn)定在一個固定值附近。根據(jù)社會現(xiàn)階段所產(chǎn)生的公知來看，在聚合物共混和復合改性材料中，很難可以同時達到高韌性以及高模量和強度這兩個目標。在絕大部分的研究和應用之中，提高材料的模量和強度，其韌性會極大的降低；而在上述材料韌性增強的過程之中，其模量、強度又會發(fā)生顯著的削弱，所以制備出韌性和模量、強度都比較強的共混材料或者復合材料一向如今的技術(shù)來看是比較困難的。但是與此同時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來進行分析，當 PLA 含量不大于30%的時候，PBS/PLA 共混物的拉伸彈性模量、拉伸屈服強度以及斷裂伸長率都得到了不同程度的增強，一些PBS/PLA 共混物的上述性能都得以了較大的改善。而當 PLA 含量超出40%之后，盡管 PBS/PLA 共混物的拉伸彈性模量和拉伸屈服強度進一步增加，但其斷裂伸長率卻出現(xiàn)極其明顯的削弱，從而導致PBS/PLA共混物轉(zhuǎn)變成為強度較低的材料，無法達到應用目標。

由不同的PBS/PLA共混物試樣的應力-應變曲線進行詳細觀察，可以察覺純 PBS及PBS/PLA 共混物都具有明顯的拉伸屈服點。而在拉伸測試工作開展的過程之中，還能夠發(fā)現(xiàn)到純 PBS 及 PBS/PLA 共混物出現(xiàn)拉伸屈服點的時刻，還會導致樣條發(fā)白這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，這就表明純 PBS 及 PBS/PLA 共混物的拉伸斷裂行為符合了剪切帶 - 銀紋共存機理。對于純 PBS試樣，其本質(zhì)上是一種半結(jié)晶性聚合物材料，當受到拉伸應力開始屈服時，PBS 基體內(nèi)部會產(chǎn)生對應的反應，進而會對垂直于拉伸方向產(chǎn)生的大量銀紋產(chǎn)生終止作用，因此，純 PBS 試樣的斷裂伸長率非常大。而對于 PBS/PLA 共混物來說，由于其基體內(nèi)部本身就有著較多數(shù)量的 PLA 分散顆粒，所以在外部拉力的作用下，會隨著 PBS 基體發(fā)生形變和屈服，其內(nèi)部的 PLA分散顆粒也會在相應的作用力之下發(fā)生形變現(xiàn)象，并且拉伸呈現(xiàn)出來的形狀、對垂直于拉伸方向產(chǎn)生的大量銀紋產(chǎn)生終止作用的程度等有著一定的差異性。因此，隨著拉伸過程的進行，PBS/PLA共混物中 PLA 分散相的形狀會出現(xiàn)一定程度上的變化，其內(nèi)部對銀紋的終止能力也將愈發(fā)地強悍，從而可以在很大程度上避免銀紋向微裂紋的轉(zhuǎn)變，確保PBS/PLA共混物的拉伸作業(yè)能夠完全實現(xiàn)。由上所述，對于 PBS/PLA 共混物來進行分析，一方面 PBS 基體形成的物質(zhì)能夠有效地終止銀紋發(fā)展，另一方面不斷纖維化的 PLA 分散相也能夠有效阻止銀紋發(fā)展為裂紋。因此，PBS/PLA 共混物的斷裂伸長率要強于純 PBS 的斷裂伸長率。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著塑料制品產(chǎn)生的環(huán)境污染危害力度不斷增強、社會民眾環(huán)境保護意識的不斷增強，制作出可降解的材料變得非常必要且重要，而其中，PBS/PLA 共混物就是一項非常有效的可應用材料，其能夠有效地去解決上述存在的問題，具備非常積極的現(xiàn)實意義和長遠的發(fā)展價值。故而，相關(guān)行業(yè)以及社會必須要重視PBS/PLA 共混物的制備的合理性和改善，充分掌握PLA增強改性PBS共混物的性能，從而在一方面能夠推動相關(guān)行業(yè)的長遠健康發(fā)展，為其提供更多具備高度價值的研究課題，另一方面還能夠推動人類社會的科學進步和發(fā)展，對于人類今后的生存也具有極其重要且深遠的影響。

除此之外，本文通過上述內(nèi)容，主要獲取以下幾點重要內(nèi)容：

(1)隨著 PLA 含量的提高，PBS/PLA 共混物的熔體黏度增大，有利于改善其在成型、應用之后性能的穩(wěn)定性，具有較高的應用價值。

(2)當 PLA 含量在合理范圍之內(nèi)，PBS/PLA 共混物的拉伸彈性模量、拉伸屈服強度、斷裂伸長率分都能夠得到顯著的增強，從而可以極大地改善PBS/PLA 的整體性能。

(3)在 PBS 基體之中加入適量的 PLA 可以有效地使 PBS基體的結(jié)晶度有所降低。