摘要：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)与热塑性淀粉(TPS)共混，可降低PBAT的自身成本，同时增强其机械性能。PBAT与TPS对温度均较为敏感，适当的加工温度可以促进聚酯材料在吹膜过程中的流动性和成型性，进而影响材料制品的性能。文章在相同配方、不同温度下进行加工改性、挤出、吹塑成膜以及注塑成条后，并对共混体系进行力学性能、结晶行为、热变形温度和维卡软化点分析对比。结果表明，当双螺杆挤出机加工温度为140℃时，共混切片的熔融温度(Tm)最高，有利于结晶成核以及共混体系分子链的重新排布，从而加快结晶速度；共混切片的结晶起始温度也最高，在该加工温度下，结晶过程更缓慢，稳定性更强，且拉伸强度、断裂伸长率等力学性能最优。

　　关键词：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)；热塑性淀粉(TPS)；拉伸强度；结晶行为；温度

　　0引言

　　随着石油资源的日益减少以及环境保护需求的增长，生物基和生物降解聚合物的开发需求急剧攀升[1]。聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)凭借其出色的降解性、良好的机械性能与可加工性，已成为当前最受欢迎的可生物降解塑料薄膜材料之一，且在农业薄膜以及食品包装等行业有着广泛应用[2]。不过，其高昂的价格致使市场推广面临困境。淀粉来源广泛且价格低廉，属于极具商业应用潜力的天然生物可降解高分子材料[3]。把聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)与热塑性淀粉(TPS)共混，既能削减PBAT的成本，又能优化其加工性能[4]。鉴于天然淀粉在高温或高剪切力环境下容易发生糊化，稳定性欠佳，故而通过特定工艺将天然淀粉制成TPS，以此改善加工性能、强化机械性能并提升抗剪切能力。为进一步拓展PBAT的应用领域，将其与成本低、来源广且可降解的TPS共混，已成为近期的研究热点[5]。

　　TPS与PBAT共混能够提升PBAT的加工性能，使其更易于熔融加工，降低加工温度并提高生产效率[6]。两种材料的共混能够整合热塑性淀粉与PBAT的优势，从而增强机械性能[7]。此外，热塑性淀粉通常价格低于PBAT，二者共混既能降低材料成本，又能维持优良性能，这有利于市场推广并促进环境保护。然而，在共混过程中倘若加工温度过高，会使PBAT降解、淀粉糊化，导致改性料颜色发黄，力学性能降低。适宜的加工温度能够推动聚酯材料在吹膜流程中的流动性与成型效果，进而对材料制品的性能产生影响。

　　本文主要采用热塑性淀粉作为填料、PBAT作为基料，借助挤出加工获取粒子，再通过吹膜和注塑成型制成制品。在相同配方体系下，深入探究不同加工温度条件下粒子膜袋的热学性能、断裂伸长率、拉伸强度、维卡软化点、热变形温度以及结晶行为，进而确定在相同配方体系中，TPS改性的最佳加工温度。

　　1实验部分

　　1.1实验添加原料

　　TPS，食品级，东莞市精科高分子有限公司；PBAT，TH801T，蓝山屯河聚酯有限公司；甘油、抗氧剂1010、抗氧剂168、工业级、德国巴斯夫有限公司。

　　1.2实验设备及测试仪器

　　实验仪器及设备如表1所示。

　　1.3 PBAT/TPS共混改性及膜袋的制备

　　(1)30份热塑性淀粉及70份PBAT在高混机中进行共混60 s。(2)高混机内加入0.2份甘油混合90 s，再加入0.1份1010、0.1份168共混90 s后得到基料，平行四组。由四组不同挤出温度(挤出加工温度为130℃、135℃、140℃、145℃)、相同转速265 r/min，喂料7 Hz，经传送带风机冷却、切粒后得到热塑性淀粉降解改性料。

　　TPS改性料膜袋制备：将改性料加入到单螺杆吹膜机中，一区温度：135℃,二区温度：140℃,三区温度145℃,四区温度：140℃,吹胀比2.5，制成膜袋。

　　1.4 PBAT/TPS改性料注塑样条的制备

　　(1)将注塑机界面温度设定为145℃、140℃、135℃,熔胶1 s，射胶8 s，保压8 s，冷却20 s；(2)确定模具，设定注塑机模间距282 mm；(3)将改性料倒入料斗进行熔胶、射胶、冷却，制成样条。

　　1.5结构表征分析与性能测试

　　(1)熔融结晶性能分析。在50 mL/min的氮气环境下：①从50℃加热到200℃,速率为10℃/min，200℃持续5 min；②以20℃/min的速率降到50℃,50℃持续3 min；③最后从50℃升温到200℃,速率为10℃/min，DSC-8000型差示扫描量热仪测试TPS/PBAT共混切片的DSC曲线。

       (2)力学性能检测。试验力为500 N，力与时间频率为10 Hz，剪切膜袋试样标距为50 mm，宽度20 mm，厚度0.02 mm，拉伸速度为200 mm/min，重复测试5次，取平均值，得到薄膜的拉伸强度与断裂伸长率。

　　(3)热变形、维卡软化点检测。热变形温度，取长80 mm、宽10 mm、厚4 mm样条，标准挠度0.34 mm，实验介质为硅油，装置内装有搅拌器。实验开始前预热15 min，起始温度不低于27℃,样条浸没在硅油介质内50 mm深，温度以120℃/h均匀速率上升，样条初始扰度净增加量达到标准扰度时的温度为热变形温度，重复实验3组。维卡软化点，实验使用B50方法，50 N的力，起始温度为20～23℃,加热速率为50℃/h，取边长为10 mm的正方形式样，将试样完全浸没在硅油介质中，压针头静止5 min后，将仪器调零，开始测试，重复3组。

　　2结果与讨论

　　2.1 TPS/PBAT改性料在不同加工温度下的熔融结晶性能

　　加工温度的改变对PBAT/TPS共混体系的熔融结晶行为存在一定影响。从图1和图2可以看出随着加工温度的升高，共混切片的结晶温度趋势为先增大后减小。加工温度140℃时，共混切片Tm为120.74℃,说明加工温度在合适范围内提高有利于PBAT/TPS共混切片结晶成核，有利于聚合物的分子链重新排布，加快结晶速度。从结晶的起始温度可知，140℃加工温度的共混切片结晶起始温度最高，说明该温度下共混切片结晶过程更为缓慢，稳定性最好。

　　2.2加工温度对膜袋拉伸强度的影响

　　由图3能够看出，TPS/PBAT共混吹膜后，其拉伸强度性能呈现出如下变化规律：随着挤出时加工温度的升高，拉伸强度从初始130℃时的16.6 MPa提升至140℃时的20.58 MPa，提升幅度达到了23.9%。然而，当加工温度进一步提升至14℃时，拉伸强度出现明显下降，降至15.7 MPa，拉伸性能降低了31.1%。由此可知，拉伸强度在挤出加工温度为140℃时达到最优状态，此时拉伸强度为20.58 MPa。在挤出加工温度处于130～145℃这一区间内，拉伸强度先是随着加工温度的升高而增大，待达到某一临界点后，则开始减小。

　　拉伸强度增大的原因在于，当温度处于130～140℃时，随着温度的升高，淀粉分子链的运动逐渐增强，TPS淀粉的结晶区域发生相应变化，并且体系中的增塑剂能够更有效地分散，这些因素共同提高了材料的柔韧性，进而使得拉伸强度增大。而拉伸强度下降的原因是，随着温度持续升高，分子链运动持续增强，导致分子间作用力减小，同时增塑剂会从材料中逸出，TPS淀粉也会发生热降解，最终致使拉伸强度降低。

　　2.3加工温度对膜袋断裂伸长率的影响

　　根据图4可以看出，随着温度的升高，PBAT/TPS膜袋的断裂伸长率呈现出先升高再下降的趋势。加工温度140℃时，断裂伸长率达到最大，断裂伸长率为515.1%，相较130℃时的436%提高了79.1%，相较145℃的504.6下降了8.5%。呈现这种趋势主要原因是温度升高分子链的运动加剧，分子间相互作用减弱，分子更加柔韧，断裂伸长率增大；温度达到145℃时，材料发生热降解，结构发生变化，且淀粉失去结晶区域，材料更加脆弱，断裂伸长率减小。

　　2.4加工温度对注塑制品热变形温度的影响

　　根据图5可知，热变形温度随着加工温度的升高呈现先增大后减小的趋势，140℃加工温度下注塑制品的热变形温度最高，为40℃,高热变形温度意味着材料在同一温度环境下能保持其形状和尺寸稳定性，不易发生变形，从而延长材料的使用寿命。呈现这种趋势的原因为随着加工温度的升高，材料会发生热降解，导致分子链断裂，分子量下降，材料的力学性能和热稳定性降低，使得热变形温度下降。塑化淀粉与PBAT的界面相容性以及它们之间的界面相互作用也会影响热变形温度，在一定温度范围内，良好的相容性和界面相互作用可以提高材料的热变形温度，但当加工温度过高时，会破坏这种相容性和界面相互作用，导致性能下降。

　　2.5加工温度对注塑制品维卡软化点的影响

　　根据图6可以看出，该注塑制品维卡软化点随着加工温度的升高先增大再减小，加工温度达到140℃时，该注塑制品的维卡软化点达到最大，为69.2℃。维卡软化点增大，在高温度下加工不易软化变形，有助于提高加工精度和制品质量，更为重要的是高温下材料的机械性能往往会下降，但高维卡软化点的材料仍能保持较好的机械性能，在高温应用中更为可靠。

　　该注塑维卡软化点出现先增大后减小趋势的原因为PBAT为半结晶型聚合物，其维卡软化点与结晶度存在密切联系，在加工温度逐渐升高时，PBAT分子链的运动加剧，有助于结晶的形成和增长，从而提高材料的维卡软化点，若加工温度过高，会导致已形成的结晶结构被破坏，结晶度下降，维卡软化点降低。

　　3结语

　　(1)TPS/PABT共混体系中，双螺杆挤出在合适的温度区间内适当提高加工温度可以提高共混切片的Tm和结晶速率，提高共混切片的稳定性。加工温度在140℃时，效果最优。

　　(2)TPS/PBAT共混体系下，双螺杆挤出加工温度140℃时，拉伸强度相较130℃,提升了23.9%，相较145℃,降低31.1%；断裂伸长率相较130℃提高了79.1%，相较145℃的下降8.5%。

　　(3)TPS/PBAT共混体系下，双螺杆挤出加工温度在130～145℃范围内，140℃的维卡软化点和热变形温度最高，热稳定性、加工性能、耐热性最优。

　　(4)综合比较加工温度140℃时机械性能和加工稳定性最优。

  参考文献：

　　[1]刘庆玉，王华平，吉鹏，等.热塑性淀粉共混改性PBAT纤维的制备及其性能研究[J].合成纤维工业，2023，46(2):1-7.

　　[2]ROY S,RHIM J W.Curcumin incorporated poly(butyleneadipate-co-terephthalate)film with improved water vapor barrierand antioxidant properties[J].Materials,2020,13(19):4369.

　　[3]KOU Z.Recent advances in poly(lactic acid)/thermoplasticstarch multicomponents biodegradable blends[J].Plastics,2020,49(4):115-119.

　　[4]白娟，王勇，周兴平，等.拉伸挤出加工聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯/热塑性淀粉共混物的结构与性能[J].高分子材料科学与工程，2021，37(4)：128-133，142.

　　[5]潘宏伟，郎贤忠，赵岩，等.聚对苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇共聚酯/热塑性淀粉生物降解膜的制备及性能[J].高分子材料科学与工程，2016，32(10)：132-137.

　　[6]张文博.PBAT基生物降解薄膜材料的研究进展[J].塑料包装，2022，32(2)：33-38.

　　[7]王香云，刘菲菲，石海峰，等.PBAT/PLA复合材料的制备和性能研究[J].广州化工，2023，51(4)：37-38.