可生物降解聚合物在鞋材上的应用研究（三）

汇通高天

PBAT树脂

付倩等研究了成核剂和扩链剂对PLA/PBAT共混体系性能的影响。研究结果表明，酰肼类化合物成核剂用量的增加有利于增多PLA的成核位点，有利于PLA形成排列规整的晶体。成核剂和扩链剂可共同提高PLA/PBAT共混材料的结晶度，提高两相之间的界面粘合力，从而提升复合材料的物理力学性能。

在PLA/PBAT共混物中引入第三组分聚合物如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚四氟乙烯（PTEE）、聚乙烯醇（PVC）等也可在一定程度上提升PLA与PBAT的相容性，但是三种聚合物的共混，其性能的变化和调控难度更大。此外，无机材料羟基磷灰石、二氧化钛，有机小分子环氧大豆油、马来酸酐等也常用于PLA/PBAT的增容改性中。

PBT

聚碳酸亚丙酯（又称聚甲基乙撑碳酸酯，PPC）是以二氧化碳和环氧丙烷为原料共聚的一种可完全生物降解的环保型材料，其拉伸强度低、材质柔软、断裂伸长率高，具有较好的韧性。且PLA和PPC具有较好的相容性。

热力学性能的玻璃化转变温度Tg可以判断组分的相容性，不同PPC添加量的PLA/PPC差示扫描量热曲线（DSC曲线）如下图a所示。当PPC添加量低于30%时，共混物的Tg表现为PLA的tg降低，PPC的Tg升高，说明PPC的分子链吉布斯自由运动能力更强，可以很好地增强PLA分子链的移动能力。但是当PPC含量持续增加时，DSC曲线上出现两个Tg，说明此时出现相分离。共混物的微观结构体现了分散于基体液滴的破裂和聚结的平衡。

(a) PLA/PPC 共混物的 DSC 曲线

(b) PLA 的 SEM 图

(c) PPC 添加量为 10%时，PLA/PPC 的 SEM图

(d) PPC 添加量为 30%时，PLA/PPC 的 SEM图

王珊珊等研究了0~30%添加量下的PLA/PPC结构，SEM图如上图b-d所示。10%的PPC样品相分离不明显，30%即可观察到明显的“海-岛”相分离形貌，PPC含量由10%提升至30%时，剥落形成的PPC“岛”粒径由6.54nm提升至20.71nm。

这是因为在剪切过程中，PPC链段被横向拉伸，大液滴首先被破坏为小液滴，而后小液滴聚结并达到动态平衡所致。随着PPC含量的增加，小液滴聚结的内聚力逐渐增强并占据主导，因而粒径出现明显提升。虽然PLA和PPC溶解度参数接近，但是PLA和PPC链段之间并没有很好的化学相互作用力，更多的是发生物理纠缠。

与PBAT相比，其与PLA相容性更好。最常用于增容PLA与PPC的材料有钛酸四丁酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、马来酸酐等。钛酸四丁酯可改善PLA/PPC的结晶性能，从而达到改善PLA/PPC相容性的目的。

聚乳酸是目前生产、应用、研究最多的可生物降解聚合物，与PBAT、PPC共混改性也是目前较为成熟的技术，共混产物兼具较好的物理力学性能和可完全生物降解性能，在各个行业中广泛应用。除此之外，PLA还常与聚羟基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯等共混改性，以提升PLA的韧性。