制备PBAT/黏土纳米复合材料的方法及性能研究

PBAT/黏土纳米复合材料的研究工作已经取得了一定的进展，熔融插层法和溶液插层法都已经用于其制备，所得PBAT/黏土纳米复合材料的结构见表6-4。

表6-4 PBAT/黏土纳米复合材料的结构

注：tallow——牛脂。

1.熔融插层法

（1）PBAT/OMLS纳米复合材料Smita M等采用熔融插层法在双螺杆挤出机上制备了PBAT/OMLS纳米复合材料。所用PBAT的熔体流动速率为3.3～6.6g/10min，密度为1.25～1.27g/cm³，熔点为110～115℃。所用蒙脱土为钠基蒙脱土（Na⁺MMT）和3种商用纳米黏土Cloisite30B（C30B）、Cloisite20A（C20A）和Ben-tonite（B109）。WAXD表明，PLA/OMLS纳米复合材料中纳米黏土的层间距增大，表明形成了剥离结构的黏土。TEM表明，纳米黏土均匀地分散于PBAT基体中，在复合材料中既有部分剥离结构的黏土存在，也有插层结构存在。力学性能测试表明，用B109制备的PBAT/OMLS纳米复合材料的拉伸模量较高。将PBAT接枝后力学性能进一步提高。FTIR表明，在接枝的PBAT/OMLS纳米复合材料中存在着表面键接。DSC表明，PBAT/OMLS纳米复合材料的熔融性能优于纯PBAT。TGA表明，复合材料的热稳定性也优于PBAT。DMA表明，添加纳米黏土后，复合材料的储能模量增加。此外，其生物降解速率也提高了。(www.xing528.com)

（2）不同改性剂处理的黏土与PBAT的复合材料Someya等制备了3种有机改性OMLS，MMT-NH₃+（C₁₂）、MMT-NH₃+（C₁₈）和MMTNH+（EtOH）2（C₁₂）。他们将3%～10%（质量分数）的黏土添加到PBAT中，采用熔融插层法制备了PBAT/黏土纳米复合材料，并研究了其结构和性能。结果表明，采用MMT-NH₃+（C₁₂）和MMT-NH+（EtOH）2（C₁₂）的体系为插层结构，而采用MMT-NH₃+（C₁₈）的体系除了少量插层外都是剥离结构，而且更为均匀地分散在基体中，同时体系的力学性能与纳米复合材料的结构和结晶度有关。黏土的增强作用在温度高于T_g时确实有效，PBAT/MMT-NH₃+（C₁₈）体系的性能普遍提高，因为分散的纳米黏土层片限制了聚合物分子链的运动。与PBAT相比，未改性MMT的PBAT/MMT微米复合材料的失重高于PBAT/MMT-NH₃+（C₁₈）纳米复合材料。

2.溶液插层法

Chivrac等将这一研究范围扩大，研究了C20A、D43B和N804改性PBAT。结果表明，采用溶液插层法制备的纳米复合材料的插层度高于熔融法，而且C20A和D43B与PBAT的亲和力更高。实验没有发现黏土对T_g和T_m有影响，而结晶度随着黏土含量的增加而增加。对结晶动力学的研究表明，少量MMT的加入加快了PBAT的成核过程，但是也阻碍了晶粒的长大。根据黏土的分散，这两个相反的作用使PBAT表现出不同的结晶行为。此外，拉伸性能测试表明，刚性随着黏土含量的增加而提高，这源于PBAT与纳米黏土之间强烈的相互作用，尤其是C20A，因为结晶度随着黏土用量的增加而降低。但是，在黏土含量高时，由于其团聚，屈服应变和断裂伸长率都下降（图6-3）。在MMT-Na添加量为3%（质量分数）时，起始分解温度的提高最大，但是其用量再增加后起始分解温度下降，不论是溶液插层法还是熔融插层法都是这样。这一现象与Lim的描述一样，即黏土起到了热阻隔层的作用，热分解后成炭，但是遗憾的是层片积热，会加速分解反应。

图6-3 C20A添加量（质量分数）分别为3%、6%和9%时 纯PBAT及其纳米复合材料的应力—应变曲线