Page 104 - 《精细化工》2023年第6期

·1254· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

PPG(90/10/10) reached (33.38±0.64) MPa and 39.97%±0.67%, respectively. Moreover, compared with those
of pure PLA, the final degradation temperature of the composite film was increased from 394 ℃ to 435 ℃,
−14
–14
2
the water vapor and oxygen permeability coefficients were 4.98×10 g·cm/(cm ·s·Pa) and 8.86×10
3
2
cm ·cm/(cm ·s·Pa), which were reduced by 33.6% and 23.5%, respectively.
Key words: polylactic acid; poly(butylene adipate-co-terephthalate); cellulose nanofibers; polypropylene
glycol; composite films; functional materials
自中国在 2007 年颁布“限塑令”开始，塑料包 由于 CNF 表面含有丰富的羟基，并且极性高、比表
装行业的研究人员逐渐将发展的目光从传统石化基 面积大，因此属于亲水性填料，粒子间常因氢键相
原材料聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、 互作用发生团聚，无法在水和极性溶剂中均匀分散。
[1]
聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等 ， 使用时常需要对其进行改性处理 [21] 。
转移到对环境没有危害的可生物降解材料中，如聚乳 当前，对 CNF 的改性主要有接枝 [22] 和吸附 [23]
酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/对 两种方式，希望通过降低 CNF 亲水性的同时赋予其
苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、 新的性能，拓展其应用领域。但是，很少有研究将
聚己内酯（PCL）等 [2-6] 。其中，PLA 具有玻璃化转变 接枝与吸附相结合共同对 CNF 进行改性。γ-氨丙基
温度低、易于成型加工、力学性能优异等优点，同时 三乙氧基硅烷（KH550）是一种带活性基团—NH 2
对比其他降解材料，聚乳酸成本更低。因此，PLA 成 的硅烷偶联剂，它可以通过水解接枝在 CNF 表面，
为目前市场上应用最广泛的生物降解材料。 能有效调控 CNF 表面极性，提高其在聚合物中的疏
PLA 结晶度高、断裂伸长率低、韧性和热稳定 水性 [24] 。聚丙二醇（PPG）作为一种增塑、增容剂，
性差等不足限制了其应用。为了克服这些缺点，通 具有无毒、环保、生物相容的特点，不但能使纳米
常需要对其进行改性处理，常用的改性方法包含物 填料在基体中均匀分散，还可以改善聚合物两相间
[7]
理改性和化学改性两种 。其中，物理改性法包括 的相容性 [25] 。
[9]
[8]
加入增塑剂 、成核剂 、无机填料 [10] 、天然纤维 [11] 本文采用 KH550 对 CNF 进行接枝改性，然后
等材料和 PLA 进行物理共混；而化学改性法则是通过 使用 PPG 对接枝后的 CNF 进行包覆处理，得到高
设计合成的方法将 PLA 与其他聚合物进行共聚 [12] 、扩 分散性以及能改善聚合物体系相容性的 CNF-PPG
链 [13] 、接枝 [14] 、交联 [15] 等化学反应。从目前市场应 纳米粒子。随后，选用 PLA、PBAT 为聚合物基体，
用角度看，物理共混法运用最为广泛，主要因其工 制备了 PLA 与 PBAT 不同质量比的 PLA/PBAT 薄膜
艺简便、成本低、产品研发灵活多样，能广泛满足 以及 PLA/PBAT/CNF、PLA/PBAT/CNF-KH550 和
应用领域对聚合物材料性能多种多样的要求。在所 PLA 与 PBAT 不同质量比的 PLA/PBAT/CNF-PPG 复
有与 PLA 共混的聚合物中，PBAT 是一种由脂肪族 合薄膜。通过对薄膜机械性能、热稳定性和阻隔性
能的研究，为共混体系中两相不相容问题及填料分
聚合物己二酸丁二醇酯（PBA）和芳香族聚合物对
散性问题提供了一种解决思路，也为 PLA 未来在薄
苯二甲酸丁二醇酯（PBT）共聚而成的可生物降解
膜领域的应用提供了科学依据。
材料。它综合了脂肪族聚酯优异的降解性能和芳香
族聚酯良好的力学性能，具备较高的延展性、断裂
1 实验部分
伸长率、耐热性和抗冲击性。因此，作为 PLA 的共
混材料得到广泛研究 [16-18] 。 1.1 试剂与仪器
纤维素主要来源于植物，是大自然中一种可再 PLA（4032D）、PBAT（C1200），广东省东莞
生的材料。近年来，随着国家、社会不断倡导发展 海瑟塑胶原料有限公司；CNF，桂林奇宏科技有限
可循环经济，研究人员将纤维素这种成本低、易制 公司；PPG（M n =400）、KH550，AR，阿拉丁生化
取、可降解的绿色资源作为研究开发的重点。纤维 科技股份有限公司；无水乙醇（EtOH）、二氯甲烷，
素纳米纤维（CNF） [19] 可通过物理、化学、生物或 AR，广州化学试剂厂；去离子水，自制。
者它们相结合的方法制备得到，具有高透明、高结 Nicolet iS20 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、
晶、低密度以及良好的生物降解和相容性等特点， X 射线光电子能谱仪（XPS），美国 Thermo Scientific
因此，作为纳米填料在共混体系中得到广泛使用 [20] 。 公司；Sigma 300 场发射扫描电子显微镜（SEM），
它不但能够降低材料的成本，还能赋予材料某些特 德国 Carl Zeiss 公司；DSC25 差示扫描量热仪
殊性能，如机械性能、流变性能、高反应活性等。 （ DSC ）、 Discovery TGA 5500 型 热重分析仪