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改性碳酸鈣對PBAT生物降解復(fù)合膜性能的影響

　碳酸鈣是一種重要的功能性無機填料，具有價格低廉、無毒、無味、色澤好、白度高等優(yōu)點而被廣泛用于塑料中。在樹脂中添加碳酸鈣，不僅可以降低制品的成本，還可使聚合物的剛性、尺寸穩(wěn)定性、堅硬度和力學(xué)性能得到有效改善。
但是，由于碳酸鈣表面有許多羥基，與有機高分子材料不能很好的相容，且自身易團聚造成分散性變差，從而給塑料制品的生產(chǎn)加工及使用性能帶來了一系列問題。
 
粉體表面改性是解決團聚和不相容問題的最有效方法之一，而鈦酸酯和硅烷是應(yīng)用最廣泛的偶聯(lián)劑，根據(jù)反應(yīng)機理，鈦酸鹽是不需要水縮合的質(zhì)子反應(yīng)物，硅烷是需要水縮合的羥基反應(yīng)物。當碳酸鈣的表面與可降解聚酯（例如聚對苯二甲酸/己二酸丁二醇酯PBAT）結(jié)合時，更適合用硅烷偶聯(lián)劑改性。這是因為硅氧烷能與CaCO3和PBAT表面殘留的水分子發(fā)生反應(yīng)，減緩分子鏈的降解速度。
 
北京工商大學(xué)翁云宣教授/張彩麗副教授等采用不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑改性微米碳酸鈣，并將其與PBAT復(fù)合，制備出了使用性能與PE膜接近的PBAT/CaCO3薄膜，攻克了高填充量微米級碳酸鈣與生物降解塑料共混時分散性差及易團聚的難題。

通過在無水干燥和有水潮濕兩種不同的環(huán)境下對純PBAT膜及PBAT/CaCO3膜進行人工老化實驗，結(jié)果表明：
 
（1）在兩種不同的老化條件下，純PBAT膜的降解速率最快。添加碳酸鈣后，由于碳酸鈣的遮光作用，降解速率延遲。
 
（2）對于含有硅烷改性碳酸鈣的薄膜，表面改性后碳酸鈣的分散性和與基體的結(jié)合性都得到了改善。與未改性碳酸鈣薄膜相比，其遮陽效果得到改善，抗老化功能增強。
 
（3）在兩種不同的老化條件下，PBAT在水霧條件下的降解速率高于在干燥條件下，這是由于水解加速了PBAT的降解速率。然而，硅烷包覆碳酸鈣薄膜的力學(xué)性能在水噴霧條件下比在干燥條件下下降更慢。雖然水解反應(yīng)加快了PBAT的分子量降低速度，但同時，硅烷分子在水存在的情況下自交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)，彌補了PBAT基體因分子量降低而喪失的力學(xué)性能。
 
（4）由于實際環(huán)境中存在水分子，對延長PBAT/CaCO3膜在實際環(huán)境中的使用壽命至關(guān)重要。因此，PBAT/CaCO3復(fù)合薄膜有望作為傳統(tǒng)地膜應(yīng)用的可行替代品。

 

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