界面改性对PLA/PBAT基木塑复合材料
性能影响研究
摘要：资源危机和生态问题引发了可持续发展和保护生态环境研究的热潮，木塑复合材料就是其中一种很有发展潜力的新型材料。本文中所选用的PLA/PBAT基木塑复合材料就是其中一种性能较为优良且使用较多的复合材料[1]。木纤维具有可以自然再生,供应量大,价格便宜，同时可回收利用等诸多优点,但由于木纤维表面存在大量羟基、羧基等亲水性基团，因此与疏水性热塑性塑料间界面相容性差，从而影响木塑复合材料的性能。当前就有很多改善界面相容性的研究，并提出了一些解决方法，如对木粉进行改性、进行基体选择、对基体进行改性等。本文所采用的方法是通过添加助剂的方法对复合材料进行界面改性，从而优化PLA/PBAT基木塑复合材料的性能。
关键词：界面改性；PLA/PBAT；木塑复合材料；性能
一、文献综述
近年来，随着白色污染的不断加重和人们生态环境保护意识的逐渐增强，一些可生物降解的材料，特别是来源于可再生资源的聚合物受到了高度关注。聚乳酸（PLA），也称聚丙交酯，是以植物淀粉发酵的乳酸为单体聚合而成的生物可降解型聚酯材料，是一种可降解且可再生的聚合物，有良好的生物相容性，且力学性能也较为优异，因此成为可降解材料研究中一大热点。与价格低廉的植物原料（如杨木粉、淀粉等）共混，可制成价格较低、力学性能优异的环境友好型复合材料[2]。但是聚乳酸基的复合材料也有着如固有延展性差、冲击强度低，加工过程结晶速率慢，结晶度小等诸多问题，这就限制它的发展。关于PLA的改性研究在近十年里从未间断过，主要集中在增塑改性、增强改性、增韧改性[3]。PBAT 作为一种可降解聚酯聚合物，链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性，因此有优异的柔韧性，与其他聚酯材料相比，这一优势是作为增韧改性PLA的最佳选择。
2020年12月，Sitti Fatimah Mhd Ramle和Nur Ayuni Ahmad小组使用竹材作为加强填料（纤维素含量45-55%），将竹材纤维素与聚乳酸（PLA）和聚对苯二甲酸丁二酯（PBAT）共混制备纤维素薄膜，分别制备了纤维素含量为0%、3%、6%和9%的纤维素膜。结果表明，纤维素含量为9%的PLA/纤维素的质量损失较高，为12.39%，其次是纤维素含量为9%的PLA/PBAT/纤维素膜，为9.69%。在同样的时间内，纤维素含量均为0%的薄膜，生物降解性分别为0.57%（PLA/纤维素生物塑料）和0.44%（PLA/PBAT/纤维素生物塑料）。结果表明，木塑复合材料比纯塑料有更好的生物降解性。通常，传统的塑料不容易被生物降解，但是通过这项研究表明，纤维素含量的增加能促进了薄膜的快速降解。因此，对竹纤维素的研究，为竹纤维素作为一种有效的可生物降解塑料的应用和实施提供了科学依据[7]。
PLA/PBAT基木塑复合材料，其中主要存在两个相容性问题，一个是PLA与PBAT间的相容性，另一个则是木纤维与塑料间的相容性。PLA与PBAT为热力学不相容体系，两相间界面张力大，界面黏结力弱，因此会导致力学性能差[4]。木纤维与塑料间的问题，则是因为木纤维表面存在大量羟基、羧基等亲水性基团，而PLA和PABT是疏水性热塑性塑料，两者极性不同，导致相容性差[11]。
常用于改善木纤维和疏水性塑料界面之间粘接性的助剂主要有:（1）相容剂。以马来酸酐接枝聚烯烃居多，包括马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）、马来酸酐接枝聚乙烯（MAPE） 等; （2）偶联剂。包括硅烷、异氰酸酯、钛酸酯等;（3）表面活性剂。包括硬脂酸、油酸等[5]。本文中将选用相容剂中的马来酸酐（MAH）；偶联剂中硅烷偶联剂（KH）、钛酸酯偶联剂（CS）；表面活性剂中的环氧大豆油（ESO）进行界面改性。而关于PLA与PBAT间的相容性，本文将采用添加自由基引发剂的方法进行界面改性[6]，这是一种较为新颖的方法，具体选择的引发剂是过氧化二异丙苯（DCP）。
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