传统不可降解塑料的大量使用对环境造成污染，随着人们环保意识的增强，使生物可降解塑料受到广泛关注。聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)和淀粉(St)在自然环境中能够完全降解，其制品符合绿色发展的理念[1]。PBAT是一种半结晶型聚合物，由己二酸丁二醇酯(PBA)和对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共聚而成[2-4]，同时具有PBA和PBT的特性。PBAT分子链上含有脂肪链段和芳香链段，其具有优良的降解性能、力学性能、延伸性和耐热性能[5-6]。但是，PBAT材料的制备较复杂使其成本较高，限制其广泛应用。St来源方便，从植物中可获得，但St不具有热塑性，易吸水，使St不易加工。但将St改性，并加入PBAT基体，可大幅降低成本并加快PBAT的降解速率，还可以解决资源短缺和环境污染的问题[6-9]。本实验将St糊化，以破坏其结晶结构，利用乙醇醇沉防止其回升结晶，以得到分子结构完全打开的St。加入甘油（丙三醇）使St塑化，加入PVE作高分子增容剂，与PBAT在双螺杆挤出机上共混挤出，并注塑制备St/PBAT共混材料，吹膜机上制备淀粉复合薄膜，研究增容剂PVE的加入对不同PBAT含量下St/PBAT复合材料的结构和力学性能的影响。1实验部分1.1主要原料玉米淀粉(St)，长春大成玉米有限公司；聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)，C1200，粒料，德国巴斯夫化工（中国）有限公司；乙醇、丙三醇，纯度99%，国药集团化学试剂有限公司；水溶性聚酯PVE，湖北顶新环保新材料有限公司。1.2仪器与设备双螺杆挤出机，SHJ-20，南京杰恩特机电有限公司；微型注射机，SZS-15，武汉瑞鸣实验仪器有限公司；扫描电子显微镜(SEM)，VERTEX，德国布鲁克光谱仪器公司；电子万能材料试验机，DR-6000C，扬州德瑞仪器设备有限公司；紫外可见光光度仪，752，上海光学仪器一厂；X射线衍射系统(XRD)，Empyrean，荷兰帕纳科公司；全自动透气量仪，YG461E-Ⅲ，宁波纺织仪器厂。1.3样品制备1.3.1St/PBAT复合材料的制备称取一定量St加入蒸馏水配置成10%的淀粉乳，放入高压反应釜中反应30 min，设置温度120 ℃，反应结束，将糊化St利用乙醇溶液醇沉，静置15 min倒掉上清液，再利用乙醇溶液重复洗涤3次。将PBAT在真空干燥箱中80 ℃干燥6 h。将糊化St与PBAT、30%甘油（占St干基）、15%增容剂PVE（占St干基）混合均匀，在双螺杆挤出机上制备St/PBAT复合材料切片，双螺杆挤出机一区~六区的温度分别为140、155、150、140、140、140 ℃。螺杆转速为280 r/min。St与PBAT的质量比分别为100∶0、80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60、0∶100，St/PBAT复合材料依次命名为St/PBAT(100/0)、St/PBAT(80/20)、St/PBAT(70/30)、St/PBAT(60/40)、St/PBAT(50/50)、St/PBAT(40/60)、St/PBAT(0/100)。相同条件下，以St与PBAT的质量比为70∶30，不添加PVE，制备对比样品。1.3.2St/PBAT复合材料注塑标准样的制备将St/PBAT复合材料的切片在微型注射机上按ISO527-2:2012制备哑铃型样条，其注射机筒温度为170 ℃、注射压力为0.7 MPa、注射时间为2 s、保压温度为35 ℃、保压压力为0.4 MPa、保压时间为10 s。1.3.3St/PBAT复合膜的制备对St/PBAT复合材料的测试与分析，得到St与PBAT的最优质量比，将纯St母粒、纯PBAT、St/PBAT(70/30)分别在吹膜机上吹膜，吹膜机的螺杆加热区温度分别为90、150、155 ℃；模口温度分别为130 ℃、125 ℃。1.4性能测试与表征SEM测试：将不同的St/PBAT样条在液氮中脆断，对断面进行喷金处理，测试电压10 kV。XRD测试：测试管电压40 kV、电流30 mA，扫描范围5°~45°，扫描速度2 (°)/min。拉伸强度测试：按ISO527-2进行测试[10]，标准哑铃型样条，拉伸速率100 mm/min，隔距30 mm，预加张力20 N，每个比例样条测试30次求平均值。测试温度25 ℃、湿度65%。吸水性能测试：将薄膜分别裁剪尺寸为2 cm×2 cm试样。将薄膜置于60 ℃真空干燥箱中烘干12 h，放入干燥器内冷却至室温，称量薄膜样品质量为m0。将薄膜样品置于装有去离子水的容器中，水温控制在25 ℃左右，浸泡一定时间后取出薄膜样品，迅速擦干样品表面多余水分，再次称量薄膜样品质量为m1。薄膜样品吸水率(W)的计算公式为[11-12]：W=m1-m0m1×100%（1）式（1）中：m0为薄膜样品干燥后的质量，g；m1为薄膜样品浸泡后的质量，g。透气性能测试：将薄膜裁剪为300 mm×300 mm的正方形试样，置于55 ℃烘箱中干燥处理。测试压差100 Pa，测试面积20 cm2。透光率测试：按GB/T 2410—2008进行测试[13]。将薄膜分别裁成尺寸为4 cm×1 cm的试样，室温下放置24 h。利用紫外可见分光光度计，在500 nm波长处测定其透光率(T)。吸光度(A)的计算公式为[14]：A=-lgT （2）式（2）中：A为吸光度；T为透光率，%。力学性能测试（纵向及横向）：将薄膜分别剪成150 mm×20 mm样条，分为纵向和横向，夹持距离100 mm，拉伸速度100 mm/min。2结果与讨论2.1St/PBAT复合材料SEM分析图1为不同PBAT含量下St/PBAT复合材料的SEM照片。从图1可以看出，PBAT含量在30%以下时，PABT作为分散相（“岛相”），St作为连续相（“海相”），St与PBAT相容性好，复合材料无明显的界面。研究表明：PVE可以使PBAT充分分散在St基体中，使St与PBAT的界面张力明显降低，从而更好传递分子之间的内应力，改善聚合物共混体系相容性。而PBAT含量在40%以上时，St与PBAT出现明显的界面，而St的流动性较差，使St颗粒与PBAT之间界面黏附力较差，少量的增容剂无法使PBAT在St分子间均匀分散。St/PBAT(70/30)中可以明显看到团聚的PBAT颗粒，表明PBAT没有均匀分散在St基体中，而且存在空隙，由此说明St和PBAT是不相容的。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.F001图1不同PBAT含量下St/PBAT复合材料的SEM照片Fig.1SEM images of St/PBAT composites with different PBAT contents2.2St/PBAT复合材料XRD分析图2为不同PBAT含量下St/PBAT复合材料的XRD谱图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.F002图2不同PBAT含量下St/PBAT复合材料的XRD谱图Fig.2XRD patterns of St/PBAT composites with different PBAT contents从图2可以看出，St/PBAT(0/100)在2θ为16.1°、17.4°、20.4°、23.1°和24.8°处出现特征峰。St/PBAT(100/0)在2θ为14.4°和21.6°处出现新特征峰，可能是加工过程中St的快速重结晶与甘油复合形成的单螺旋结构[10]。St/PBAT(70/30)、St/PBAT(80/20)中仅有1个比较明显的峰，可能是St与PBAT均一体系的特征峰，St和PBAT的特征峰均消失，PVE的加入使PBAT完全分散在St中，形成均一的体系，相容性较好。随着PBAT含量的增加，PBAT的特征峰越明显，表明部分PBAT以一定的聚集态游离在体系中，没有分散在St中，形成多相体系，相容性变差，与SEM分析相符合。2.3St/PBAT复合材料力学性能分析表1为不同PBAT含量下St/PBAT复合材料力学性能。从表1可以看出，St与PBAT的相容性直接影响样条的力学性能。PVE可以增容St和PBAT，PBAT添加也可以提升复合材料的拉伸强度。当PBAT含量小于30%，复合材料的拉伸强度随PBAT含量的增加呈上升趋势，而断裂伸长率有所下降。m(St)∶m(PBAT)=70∶30时，复合材料拉伸强度达到最大，为31.66 MPa，断裂伸长率最小为10.320%。当PBAT含量大于30%，随着PBAT含量的增加，复合材料的拉伸强度明显下降，断裂伸长率有所上升。结果表明：St/PBAT复合材料力学强度的提升与PBAT含量及界面相容性有关系，少量PBAT的引入有助于提升复合材料的力学强度，但PBAT含量过量（PBAT含量大于30%），St/PBAT复合材料呈非均相体系，力学强度降低。因此，为有效提升St/PBAT的力学性能，PBAT含量低于30%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T001表1不同PBAT含量下St/PBAT复合材料力学性能Tab.1Mechanical properties of St/PBAT composites with different PBAT contents样品拉伸强度/MPa断裂伸长率/%St/PBAT（100/0）10.20±0.7928.480±5.920St/PBAT（80/20）29.66±0.4415.520±0.520St/PBAT（70/30）31.66±0.6010.320±0.680St/PBAT（60/40）19.21±0.3211.520±0.980St/PBAT（50/50）18.30±0.5312.970±0.730St/PBAT（40/60）12.74±0.6717.930±0.770St/PBAT（0/100）19.53±0.84234.513±10.7172.4St/PBAT复合膜性能分析2.4.1吸水性能表2为不同薄膜的吸水率。从表2可以看出，纯St膜吸水率高达66.70%，St存在大量的羟基，纯St薄膜吸水性极强。而纯PBAT膜完全拒水，其单体含有一定量的酯键，聚合后高聚物会形成三维交联链条结构，呈现完全拒水。而St/PBAT(70/30)薄膜拒水性得到提高，吸水率为32.77%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T002表2不同薄膜的吸水率Tab.2Water absorption of different films样品吸水率纯PBAT0St/PBAT（70/30）32.77±4.56纯St66.70±1.26%%2.4.2透气性能表3为不同薄膜的透气率。从表3可以看出，3种薄膜的透气性均不高，其中纯PBAT的相对较高，达到14.693%。而PBAT和St混合，St/PBAT(70/30)薄膜的透气率为11.156%，低于纯PBAT和St。研究表明增容剂PVE的加入使St和PBAT交联在一起，分子之间更紧密，从而使透气性有所下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T003表3不同薄膜的透气率Tab.3Permeability of different films样品透气率纯PBAT14.693±2.757St/PBAT（70/30）11.156±1.744纯St12.997±2.033%%2.4.3透光性能表4为不同薄膜的透光率。从表4可以看出，纯PBAT薄膜的透光率达到51.35%，表明PBAT薄膜的阻光性能差。纯St薄膜的透光率小于50%，表明St膜具有一定的阻光性能。而St和PBAT混合吹膜，St/PBAT复合膜的透光率小于两者，表明加入PVE后，St和PBAT相容性好。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T004表4不同薄膜的透光率Tab.4Transmittance of different films样品透光率纯PBAT51.35±1.35St/PBAT（70/30）15.28±2.19纯St28.90±0.71%%2.4.4力学性能表5、表6分别为不同薄膜横向和纵向力学性能。从表5、表6可以看出，St/PBAT(70/30)复合膜的纵向和横向拉伸强度均大于纯PBAT和纯St，表明PVE的加入使PBAT充分分散于St，St与PBAT形成交联结构，使拉伸强度显著提高，同时复合膜具有一定的断裂伸长率。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T005表5不同薄膜横向力学性能Tab.5Transverse direction mechanical properties of different films样品拉伸强度/MPa断裂伸长率/%纯PBAT14.107±2.780484.060±25.553St/PBAT（70/30）17.211±1.28650.540±11.718纯St8.381±0.96627.190±11.19910.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.05.014.T006表6不同薄膜的纵向力学性能Tab.6Machine direction mechanical properties of different films样品拉伸强度/MPa断裂伸长率/%纯PBAT13.660±1.702503.350±11.567St/PBAT（70/30）21.057±1.52351.310±10.126纯St9.529±1.34926.560±9.7193结论（1）PVE作为增容剂作用于St与PBAT共混体系，能够降低St颗粒与PBAT之间的界面张力，达到增容效果。（2）当PBAT含量小于30%，随着PBAT的含量的增加，St与PBAT的相容性较好；当PBAT含量大于30%，出现多相体系，相容性变差。（3）PBAT的含量影响St/PBAT复合材料的力学性能。当PBAT含量小于30%，复合材料拉伸强度随PBAT含量的增加而增强，而断裂伸长率降低。m(St)∶m(PBAT)=70∶30时，复合材料拉伸强度达到最大(31.66 MPa)，断裂伸长率最小(10.32%)。（4）复合膜的性能分析表明，PVE是St和PBAT的有效增容剂，能够促进St与PBAT链段间的纠缠，分子间结合更紧，使复合膜的拉伸强度明显提高，拒水性得到改善，阻光性变好等。PVE的存在能够提高St的加入量而降低成本。