聚丁二酸丁二醇酯(PBS)加工条件对其性能和耐久性的影响研究
Understanding the Effects of Processing Conditions on the Properties and Durability of Poly(Butylene Succinate)
摘要整理
本研究探讨了加工条件对生物降解聚酯聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的结构、力学性能和降解行为的影响。采用微型混合器通过改变螺杆转速(20和60 rpm)和停留时间(2和5 min)对PBS进行加工。考虑到生物聚合物在微型混合器中的典型加工条件约为60 rpm、停留时间约5 min，本研究通过将螺杆转速降低约3倍(从60降至20 rpm)和加工时间缩短约2.5倍(从5降至2 min)来最小化PBS加工过程中的热机械降解。采用热分析、力学性能测试和流变学分析进行表征。低螺杆转速(20 rpm)处理的样品结晶度更高(~62%)，比60 rpm处理的样品高约5%。改变加工条件时，断裂处的力学性能(如拉伸强度和断裂伸长率)和流变性能保持不变。值得注意的是，在60 rpm条件下，增加停留时间导致弹性模量增加12.7%。在光氧化和水解条件下评估了降解行为。经过96 h紫外线照射后，低速(20 rpm)加工的样品显示出更低的羟基、羰基和乙烯基指数，表明由于结晶度更高而具有更好的光氧化抗性。水解降解在高温(70°C)和低温(25°C)环保条件下进行。所有PBS样品在低温(25°C)下的水解速率均慢于高温(70°C)。研究结果表明加工参数在调控PBS结晶度、刚度和降解行为中的关键作用。低速(20 rpm)短时间(2 min)加工的PBS已成功制备，能耗更低，性能改善，热机械降解减少。总体而言，PBS长时间加工(5 min)会导致材料性能下降和降解抗性降低，特别是在高螺杆转速下。这些是其在可持续材料和生物降解包装应用中的关键方面。