研究背景：

我国作为农业生产大国，目前所使用的塑料薄膜大多数是不可降解的，这对环境造成严重的污染。而聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯（PBAT）是一种优秀的生物降解塑料，被认为是低密度聚乙烯（LDPE）最可行的替代品。但目前PBAT农用地膜制品主要存在强度不够、耐候性差以及价格高等问题，限制其实际生产应用。因此开发成本低、耐候性好和力学性能高的全生物可降解塑料地膜，不仅能增加粮食产量，而且能减少环境污染问题。

研究内容：

为了克服PBAT农用地膜成本高、耐候性差以及力学性能差的缺点，本研究主要重点研究：（1）FD 1106 (CA1) 和 FD 8604 (CA2)两种不同硅烷改性碳酸钙和微尺寸碳酸钙对PBAT膜力学性能和风化性能的影响。（2）为了区分光氧化降解和水解对PBAT薄膜风化性能的影响，研究了单独紫外线照射（干燥条件）和紫外线照射+水喷雾条件两种不同的风化过程对纯PBAT及其复合薄膜降解速率的影响。

主要研究结果：

（1）在进行风化试验前，对纯的PBAT膜、PBAT/CaCO3(P7C3)和偶联剂包覆的PBAT/CaCO3膜(P7C3/CA1和P7C3/CA2)的力学性能进行了表征，结果如表1所示。结果表明在PBAT中加入30wt%CaCO3会导致抗拉强度（TS）和断裂伸长（EB）略有下降。与P7C3薄膜相比，质量分数为2 %的硅烷涂复CaCO3表面后，P7C3 / CA2和P7C3 / CA1薄膜的横向( TD )和机械方向( MD )均有显著提高。P7C3/CA1和P7C3/CA2的优越力学性能可归因于偶联剂可以与CaCO3表面的羟基反应并与粒子形成化学键，从而增加CaCO3的分散性。此外，偶联剂长链烷烃可以与PBAT链缠结，增加了PBAT基质与CaCO3填料之间的界面粘附。CA2包覆的PBAT/CaCO3薄膜的力学性能不如P7C3/CA1包覆的PBAT/CaCO3薄膜，因为CA2包覆的颗粒的极性胺基在低能表面聚合物基质中的相容性比CA1包覆的颗粒差。

表1 PBAT和PBAT/CaCO3薄膜的力学性能

（2）对纯的PBAT膜、PBAT/CaCO3(P7C3)和偶联剂包覆的PBAT/CaCO3膜(P7C3/CA1和P7C3/CA2)的耐候性进行了表征，结果如图1、图2所示。图1给出了两种不同风化条件下分子量Mn随给定风化时间的变化情况。干态风化得到的速率常数表明，PBAT基质降解速率依次为PBAT > P7C3 > P7C3 / CA2 > P7C3 / CA1；而水喷雾风化得到的速率常数表明，PBAT基质降解速率依次为PBAT > P7C3 / CA2 > P7C3 > P7C3 / CA1。

图1 Mn随给定风化时间的变化曲线，即( a )在干燥条件下风化，( b )在水喷雾条件下风化。

图2给出了在喷水和干风化条件下，所有样品归一化后TS和EB随风化时间的变化。未风化样品的TS和EB依次为P7C3 / CA1 > P7C3 / CA2 > PBAT > P7C3。数据表明所有材料的抗拉强度在前120 h的风化时间内下降了~ 50 %。因此，主要讨论前120 h力学性能的变化。在PBAT和P7C3中添加CaCO3，由于CaCO3的遮光作用，可以减缓PBAT的风化，从而减少PBAT的光氧化降解。因此，PBAT基质中的CaCO3颗粒能够抵抗光氧化降解。在比较有水和无水两种不同风化条件对PBAT和P7C3薄膜力学特性的影响时，得到的PBAT和P7C3薄膜在有水条件下风化后TS和EB迅速下降。说明水解反应是促进力学性能下降的主要原因之一。相反，在水的存在下，硅烷偶联剂改性的P7C3 / CA1和P7C3 / CA2的TS和EB降低。

图2 在喷水和干风化两种条件下，所有试样经归一化后随风化时间的MD ( a )和TD ( b )抗拉强度值以及MD ( c )和TD ( d )断裂伸长率。

研究结论：

研究表明纯的PBAT膜、PBAT/CaCO3(P7C3)和偶联剂包覆的PBAT/CaCO3膜(P7C3/CA1和P7C3/CA2)的力学性能的高低依次为P7C3 / CA1> P7C3 / CA2 >PBAT > P7C3，耐候性依次为P7C3 / CA1> P7C3 / CA2 > P7C3 > PBAT 。硅烷偶联剂包覆后的CaCO3填料加入到PBAT基质中，不但提高了PBAT/CaCO3复合材料的耐候性和力学性能，而且降低了材料的成本。因此，PBAT / CaCO3复合膜有可能成为地膜应用的可行替代品。

参考文献：

Yang Yang a , Caili Zhang a,b,* ,Yunxuan Weng a,b,**.Effects of CaCO3 surface modification and water spraying on the weathering properties of PBAT/CaCO3 films.polymertesting.2021.107334.https://doi.org/10.1016/j.

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941821002804