PBS钛酸钾晶须复合材料制备及表征.docx

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1、PBS钛酸钾晶须复合材料制备及表征华东理工大学东方贱人前言生物降解塑料由于具有良好的降解性，这也是现阶段其最大的应用领域。生物降解塑料主要的目标市场是塑料包装薄膜、农用薄膜、一次性塑料袋和一次性塑料餐具。相比传统塑料包装材料，新型降解材料成本稍高。但是随着环保意识的增强，人们愿意为保护环境而使用价格稍高的新型降解材料，环保意识的增强给生物降解新材料行业带来了巨大的发展机遇。PBS是一种典型的半晶质的热塑性塑料，拥有良好的加工性能，如弹性和强度，具有良好的生物降解性和可应用性，其已成为可降解材料的研究热点之一。随着应用研究的不断深入，PBS价格相对

2、较高、结晶度较高、力学加工性能不能满足多方面的应用要求等问题逐渐暴露，对PBS的进一步推广应用产生了一定阻力，因此在PBS中加入一定量的添加剂，如增塑剂可使其力学性能向理想的实际应用性方向改变。随着科学技术的发展，对材料综合性能的要求也越来越高。晶须是一种新型增强填料，具有高强度、高模量、阻燃、耐热、耐磨、绝缘等优异性能，已引起广泛关注。晶须填充聚合物，不但能产生显著的增强效果，提高聚合物的机械性能，而且加工流动性好。晶须改性聚合物的研究开发对提高复合材料性能、拓宽应用领域及降低成本具有重要意义。然而，晶须与聚合物的表面能差异导致晶须在聚合物中分

3、散性较差，影响其对聚合物的增强效果，所以提高钛酸钾晶须在PBS中的分散性，改善两者的相容性成为PBS/钛酸钾晶须复合材料研究应用的关键。钛酸钾晶须的性能优异，价格便宜，用作为各种树脂基的增强体。制备钛酸钾晶须主要以水热法和助溶剂法合成纤维的质量较好，工业上则多采用烧结法和助熔剂法。而将钛酸钾晶须填充进PBS中会对其拉伸性能以及抗弯曲性能产生有利的影响，同时晶须也有补强增韧的作用，使其具有被人类大量工业化生活化使用的可能。1文献综述1.1聚丁二酸丁二醇酯（PBS）1.1.1聚丁二酸丁二醇酯简介脂肪族聚酯是一类具有良性的生物降解性能的高分子化合物。这

4、类聚酯的主链大都由脂肪族结构单元通过易水解的酯键连接而成，易被自然界存在的大量微生物或动植物体内的酶降解成无毒的水溶性低聚酯或单元，随后这些低聚物或单体通过微生物转化成能量，二氧化碳和水[1]。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一种半晶质型热塑性塑料及生物降解型脂肪族聚酯，具有较好的生物降解性能，优异的成型加工性能和良好的物理力学性能，因此在可生物降解高分子材料中最具有研究价值和发展前景。PBS的原料可以是石油资源，也可以通过淀粉或低聚糖发酵得到。PBS与聚丙烯和聚乙烯的力学性能，加工性能相近，且材料来源广泛，价格低廉（秸秆、玉米、废乳清以及工农业生

5、产废料等）。PBS的熔点较高（约114℃），热变形温度约为100℃，在160~200℃条件下对其进行加工可制成各种不同形状的产品，比一般可生物降解材料的耐热性好，相对于其他可生物降解材料，PBS具有优良的力学性能。PBS作为一种新型塑料材料，其结构是丁二酸与丁二醇经常反复分解后形成的酯，具有生物降解性优异，用途广泛等特点，常用于塑料包装、食物用具、农药薄膜、医用高分子等领域。与其他降解型塑料相比，PBS的成本低，性能良好，且生产工艺比较简单，可对有聚酯设备实现改造生产。此类聚酯是可以实现取于自然、回归自然的绿色循环产品，是实现一种可以完全生态循环

6、的绿色材料[2]。PBS的合成方法有两种。即化学合成法和生物发酵法，线性PBS可采用生物发酵法来制备，但其成本较高，不易于工业化，实际上很难得到推广，国内外对此研究报道较少，而化学合成法可以对产品进行分子结构设计，合成生产成本低，简单易行。因此应用最为广泛。化学合成法主要包括直接酯化法（熔融缩聚法，熔融溶液相结合法，溶液缩聚法）、扩链法和酯交换法。熔融缩聚法[3]：需在高温采用两部合成法。首先在较低温度将丁二酸和丁二醇发生熔融酯化，随后加入催化剂，在高真空条件下，采用更高的温度进行缩聚反应。优点是易操作，反应时间短，生成的聚酯相对分子质量高，缺点

7、是由于高温脱水快，低温脱水难，反应难以控制，且容易发生副反应。熔融溶液相结合法[4]：使用甲苯作为溶剂，先溶液法酯化24h，升温蒸出甲苯。然后加入催化剂，再在高温高真空下熔融缩聚得到高分子质量高的共聚物。但熔融溶液相结合法也有缺点，即反应时间长，效率低，需进一步研究改进。熔液缩聚法[5]：使用不同的溶剂，在一定的温度下反应一定的时间让溶剂带走一部分水，丁二酸和丁二醇完成酯化，采用更高温度进行缩聚反应。由于在溶液中进行，反应温度不是很高，易于控制，副产物较少，所得产物摩尔质量分布较窄。但是反应过程生成的谁若不及时排除，则会影响PBS聚合反应顺利进行

8、，生成物的相对分子质量也不是很高，反应慢，由于溶剂的加入，增加了生产成本，同时反应结束后需要去除溶液，增加实验工序。酯交换法:在高温高真