聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种具有应用前景的环保型、可降解热塑性塑料[1-2]，在合成时消耗大量CO2气体，可以有效缓解温室效应。同时，PPC的可生物降解特性可以解决白色污染问题。PPC具有良好的柔韧性、较高的断裂伸长率、高阻隔性等优点，但PPC具有玻璃化转变温度低，比较柔韧，加工性能较差等缺点，使PPC较难实现大规模产业化。目前，已采用多种方法对PPC进行改性研究[3]，其中，将PPC与其他性能互补的材料共混改性是目前普遍采用的一种简便且经济的方式[4]。聚乳酸(PLA)可以从大部分农作物中获取，是一种具有优异性能的绿色环保型生物降解材料[5]，可将PLA与PPC共混弥补彼此性能的缺陷。但PPC/PLA共混体系由于相容性较差导致性能较低，通常需要添加其他组分改善相容性[6-8]。翟微等[6]通过加入胺端基型超支化乙二胺三嗪聚合物(HBETP)提高PLA与PPC的相容性。康凯尔等[7]将合成的长链型超支化聚合物(LCHBP)作为增容物添加到PLA/PPC共混体系中，增加PPC与PLA分子链的缠结程度，进而改善PPC与PLA的相容性。Qin等[8]将过氧化二异丙苯(DCP)加入PLA/PPC共混物中引发原位交联，提高PPC与PLA相容性，降低共混物形状记忆恢复温度。通过熔融接枝共聚法，可以增强共混物组分间的相容性，从而提高共混物的力学性能。本实验将马来酸酐接枝聚乳酸(PLA-g-MAH)引入PLA/PPC共混物中，通过提高PLA与PPC的相容性，进而提高共混物的韧性，并研究接枝物中MAH含量变化对PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物韧性及结构的影响。1实验部分1.1主要原料聚乳酸(PLA)，4032D，美国Natureworks公司；聚碳酸亚丙酯(PPC)，4701，长春应用化学研究所；马来酸酐(MAH)，化学纯，北京化工厂；过氧化二异丙苯(DCP)，纯度99%，贝斯特试剂有限公司。1.2仪器与设备平板硫化仪，YF-8017，扬州市缘峰试验机械厂；转矩流变仪，RM-200A，哈普电气技术责任公司；傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，NEXUS 470，美国热点公司；电子万能拉伸试验机，3300，美国Instron公司；差示扫描量热仪(DSC)，Q200，美国TA公司；扫描电子显微镜(SEM)，TSM-6360LV，日本电子公司；热重分析仪(TG)，TGA-500，美国TA公司；冲击试验机，GT-7045-MD，松恕仪器有限公司。1.3样品制备1.3.1PLA-g-MAH的制备表1为PLA-g-MAH接枝物合成配方。将一定量的MAH加入丙酮中，待MAH溶解后，与PLA均匀混合。混合物中的丙酮挥发后，在温度180 ℃，转速45 r/min，时间7 min的条件下进行熔融共混。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.T001表1PLA-g-MAH接枝物合成配方Tab.1Formula of PLA-g-MAH grafting copolymers编号PLAMAHDCPM110010.15M210020.15M310030.15M410040.15M510050.15%%1.3.2共混物的制备表2为PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物组成。共混前，将PPC与MAH共混封端以提高其热稳定性。封端后的PPC与PLA、PLA-g-MAH按质量比进行熔融共混(温度180 ℃，转速50 r/min，时间7 min)，得到PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物。混炼结束后，使用平板硫化仪对所得共混物进行热压成型，按照不同测试目的切成适合冲击与拉伸试验的标准样条。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.T002表2PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物组成Tab.2Compositions of PPC/PLA/PLA-g-MAH blends编号PPCPLAPLA-g-MAHA050500B150455（M1）B250455（M2）B350455（M3）B450455（M4）B550455（M5）%%1.4性能测试与表征FTIR测试：测试范围为500~4 000 cm-1。DSC测试：N2气氛，取约6 mg共混物，从40 ℃升温至200 ℃，恒温5 min，降温至0 ℃，恒温5 min，再升温至200 ℃。升降温速率为10 ℃/min。TG测试：空气气氛，升温速率10 ℃/min，升至500 ℃。冲击强度测试：按GB/T 1843—2008进行测试。拉伸性能测试：按GB/T 1040.1—2018进行测试。SEM分析：对样品表面喷金处理，观察样品表面形貌。2结果与讨论2.1FTIR分析图1为PLA及PLA-g-MAH的FTIR谱图。从图1可以看出，PLA-g-MAH在1 621 cm-1处出现明显的吸收峰，而纯PLA未出现此吸收峰，说明是MAH的C=C的振动峰。PLA-g-MAH在1 851 cm-1处的较弱肩峰，可能是MAH的对称C=O振动吸收峰[9]。而MAH的非对称C=O吸收峰并未出现，可能是由于通过滴定法纯化后PLA-g-MAH样品的接枝率低。结果表明：MAH已接枝到PLA分子链上。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F001图1PLA及PLA-g-MAH的FTIR谱图Fig.1FTIR spectra of PLA and PLA-g-MAH samples2.2共混物热学性能分析图2为PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的DSC二次升温曲线。从图2可以看出，共混物在40 ℃与60 ℃条件下存在两个玻璃化转变温度(Tg)，分别对应PPC与PLA两种组分，说明PLA与PPC为不相容体系，单纯的熔融共混并不会改变二者的性质。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F002图2PPC/PLA和PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的DSC二次升温曲线Fig.2The DSC reheating curves of the PPC/PLA and PPC/PLA/PLA-g-MAH blends表3为PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的热学性能数据。从表3可以看出，随着接枝物中MAH含量的增加，共混物的ΔTg逐渐减小，说明PPC与PLA之间的相容性略有提升，PLA-g-MAH在体系中起到增容剂的作用。PPC/PLA的冷结晶焓(ΔHcc)为16.92 J/g，并且ΔHcc随着引入的接枝物中MAH含量的增加而降低，这表明引入PLA-g-MAH后，共混物在降温过程中结晶更加充分。这是由于随着MAH含量增加，接枝到PLA分子链上的酸酐基团与PPC分子链上的—OH之间发生酯化反应[10]，PPC与PLA之间的相互作用程度得到提升，从而促使PPC在一定程度上增加PLA分子链的运动能力，间接证明MAH接枝物可以对共混体系起到增容的作用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.T003表3PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的热学性能数据Tab.3The data of thermal properties of PPC/PLA/PLA-g-MAH blends编号ΔTg/℃Tcc/℃ΔHcc/（J·g-1）Tm/℃ΔHm/（J·g-1）Xc/%A020.31123.1416.92168.6520.163.40B120.45127.9424.36166.3327.383.20B220.42125.5515.68169.4918.813.35B320.16125.3115.63168.5118.344.00B420.14125.9112.93165.0419.216.70B520.02125.8814.72169.7320.416.10图3和表4分别为PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的TG曲线和TG参数。从图3可以看出，PPC/PLA共混物在230 ℃以下具有良好的热稳定性，没有发生分解；当温度超过230 ℃时PPC/PLA共混物开始分解，在300 ℃时分解完全。加入含有1% MAH的PLA-g-MAH接枝物，PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的起始分解温度由230 ℃提高到260 ℃，完全分解温度由300 ℃提升至360 ℃，表明接枝物显著提升共混物的热稳定性。可能是因为MAH接枝物的加入提升PPC与PLA的相容性，使二者分子链间的相互作用增强，共混物在分解时需要更高的温度。当MAH含量为5%，共混物的起始分解温度与最终分解温度降至257 ℃和360 ℃。表明过量添加MAH对PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的热稳定性提升幅度变小。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F003图3PPC/PLA、PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的TG曲线Fig.3TG curves of PPC/PLA and PPC/PLA/PLA-g-MAH blends10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.T004表4PPC/PLA、PPC/PLA/PLA-g-GMA共混物的TG分析Tab.4TG of PPC/PLA and PPC/PLA/PLA-g-MAH blends编号起始分解温度分解50%温度完全分解温度A0230273300B1260299360B5257297360℃℃2.3共混物力学性能分析图4为PLA-g-MAH接枝物中MAH含量变化对PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物力学性能的影响。图4MAH含量对PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物力学性能的影响Fig.4Effect of MAH content on the mechanical properties of PPC/PLA/PLA-g-MAH blends10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F4a1（a）断裂伸长率10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F4a2（b）拉伸强度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F4a3（c）冲击强度从图4a和图4b可以看出，PPC/PLA共混物的断裂伸长率、拉伸强度分别为34%、37.28 MPa。当体系中引入PLA-g-MAH后，共混物的断裂伸长率与拉伸强度得到明显提升，当MAH含量达到3%时，断裂伸长率达到120%左右，拉伸强度提升至42.8 MPa。从图4c可以看出，加入接枝物后，共混物的冲击强度得到明显提升，在MAH含量为3%时达到最大值。主要原因是PLA-g-MAH接枝物的加入提高PPC与PLA的相容性，使二者界面处的分子链间相互作用增强，从而更好地承受与传递能量；继续增加MAH的含量，共混物的力学性能均出现下降。这是由于MAH中酸酐基团活性点高，引入过量的MAH会引起PLA与PPC的自降解反应所致，同时，过量的MAH会引发自聚，使界面性能下降，从而使冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率下降[11]。2.4共混物的SEM分析图5为共混物断裂形貌SEM照片。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.002.F005图5PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物冲击断面SEM照片Fig.5SEM images of impact fracture surface of PPC/PLA/PLA-g-MAH blends从图5a可以看出，未加入PLA-g-MAH接枝物的PPC/PLA共混物的冲击断面表现为脆性断裂，两种聚合物的分子链间几乎没有缠结作用，断面较为光滑，二者相容性不高。从图5b和图5c可以看出，加入接枝物后的共混物冲击断面出现较大的变化。引入MAH含量为1%、2%的PLA-g-MAH接枝物，样条冲击断裂表面的粗糙程度明显增强。从图5d可以看出，当引入MAH含量为3%的接枝物后，共混物断面粗糙程度进一步增加，并在受力方向上出现明显断层，表明此时共混物的韧性显著提高，并且断裂方式也发生了转变。这是由于接枝物提高二者的相容性，使得分子链间相互作用能力增强。从图5e和图5f可以看出，继续增加MAH的含量，共混物断面形貌较为相似，但形变程度略有下降。SEM分析表明：PLA-g-MAH接枝物的引入可以提升PPC与PLA分子链间的作用效果，使PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的冲击断裂方式由脆性转变为韧性。3结论（1）PLA-g-MAH接枝物的加入可以提高PPC与PLA两种组分的相容性，并使PPC/PLA共混物在降温过程中结晶更充分，并且接枝物可以大幅度提高共混物的热稳定性。（2）PLA-g-MAH接枝物可以增强PPC/PLA共混物中两种分子链间的相互作用，显著提升PPC/PLA共混物的力学性能，当MAH含量为3%时，PPC/PLA/PLA-g-MAH共混物的力学性能达到最大。