制备及性能研究：PLA/PBS共混物

PBS是由丁二酸（琥珀酸）和丁二醇两种单体聚合而成的，聚丁二酸（琥珀酸）-己二酸-丁二醇酯（PBSA）是由丁二醇、丁二酸（琥珀酸）和己二酸共聚得到的生物降解脂肪族聚酯，已经由日本昭和高分子公司以商品名Bionolle®出售，前者是Bionolle^#1000，后者是Bionolle^#3000，后者的生物降解性能优于前者。

PBS和PBSA的T_m分别为114℃和94℃，T_g分别为-32℃和-45℃，密度分别为1.26g/cm³和1.23g/cm³，熔体流动速率为1.0～3.0g/10min（190℃、2.16kg），相对分子质量在20万～30万之间，相对分子质量分布窄，M_w/M_n≈3。PBS的结晶非常快。

PBS和PBSA的拉伸强度高，但是弯曲模量低，即二者既有韧性，也有弹性，且具有优异的可加工性，将PBS或PBSA与PLA共混，可提高PLA的韧性、断裂伸长率和加工性能等。

1.相容性

由图2-80可以看出，纯PLA在110℃和150℃之间出现了一个较宽的结晶峰（在相应的DSC曲线），在176℃左右出现了一个熔融峰；纯PBS在92℃处出现了一个尖锐的放热峰。特别需要指出的是，二者的T_g相差近100℃。但是PLA/PBS共混物在整个组成范围内只有一个T_g，并且随着PBS含量的增加而降低，这说明在非晶区两者可能是相容的，但T_g降低的程度不是很大，不符合经典的Fox方程或Gordon-Taylor方程。PBS在室温下能够结晶，因此DSC加热或冷却要足够慢，以使PBS结晶。由于晶体的存在，非晶区的含量在整个共混物组成范围内是不同的，即非晶区内PBS的含量比PLA少。因此，不能仅仅用T_g的变化来判断两者的相容性。

图2-80 PLA/PBS共混物的DSC曲线

2.结晶性能

PLA/PBS共混物在整个组成范围的DSC曲线上都出现了两个不同的熔融峰，这说明PLA/PBS共混物属于半结晶/半结晶共混物。虽然PLA和PBS放热峰的温差不大，但是PBS含量只有10%（质量分数）时，在100℃左右出现了一个尖锐的单峰。此外，与纯PLA相比，共混物的结晶度大大增加。这些结果表明，对PLA来说，PBS是一种很好的增塑剂（表2-27）。

表2-27 PLA/PBS共混物的熔融与结晶参数

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图2-81给出了不同组成的PLA/PBS共混物在120℃下等温结晶12h的WAXD图。纯PLA在16.5°出现一个强的衍射峰，在19°出现一个弱峰，分别对应（110）面和（203）面。纯PBS在22.9°出现了一个对应于（110）面的强峰，在22.0°、19.7°和29.3°分别出现了对应于（021）面、（020）面和（111）面的3个弱峰。从共混物的WAXD图上没有观察到由两相间共结晶而产生的新峰或者是峰的移动，这说明共结晶不像预想的那样发生在两聚合物之间，而是两组分的晶区发生了分离，导致基体产生相分离，形成纯的两相，即结晶诱导相分离。用小角X射线衍射测得在共混物中PBS相被驱逐出PLA晶层相区，这使得PLA的长周期非晶区层厚度明显减小。PBS含量大于40%（质量分数）时，用偏光显微镜可以看到明显的结晶诱导相分离（图2-82）。

图2-81 PLA/PBS在120℃下等温结晶12h的WAXD晶型衍射

a）PLA/PBS组成=100/0 b）PLA/PBS组成=70/30 c）PLA/PBS组成=50/50 d）PLA/PBS组成=30/70 e）PLA/PBS组成=0/100

图2-82 PLA/PBS共混物在100℃下等温结晶12h的POM

a）PLA/PBS=100/0 b）PLA/PBS=90/10 c）PLA/PBS=80/20 d）PLA/PBS=70/30 e）PLA/PBS=60/40 f）PLA/PBS=50/50 g）PLA/PBS=30/70 h）PLA/PBS=0/100

3.力学性能

图2-83给出了PLA/PBSA共混物的力学性能随PBSA含量的变化情况。可以看出，共混物的拉伸屈服强度和模量随PBSA含量的增加而降低，伸长率则增大，这可能是PBSA的模量和断裂强度低而断裂伸长率高所致。共混物的冲击强度随着PBSA用量的增加而增大，在PBSA用量为30%（质量分数）～50%（质量分数）时，共混物的冲击强度达到了85～120J/m²，比纯PLA提高了100%～150%，这是因为共混物中的银纹在形成过程中吸收了大量的冲击能。