Improved compatibilized TPS/PLA blends: effects of singular and binary compatibilization systems：解锁 TPS/PLA 共混物新潜能：单二元增容体系的神奇效应

为解决热塑性淀粉（TPS）与聚乳酸（PLA）共混时相容性差、机械性能不佳的问题，研究人员开展了单二元增容体系对 TPS/PLA 共混物性能影响的研究。结果表明，二元增容体系显著提升共混物性能。这为开发高性能生物基聚合物共混物提供了思路。

　　在当今环保意识日益增强的时代，包装行业对可持续材料的需求愈发迫切。热塑性淀粉（TPS）因具有生物可降解性和可再生性，成为替代传统石油基聚合物的热门选择。然而，TPS 的机械性能较差，尤其是断裂伸长率和韧性较低，这大大限制了它在包装及其他领域的广泛应用。为了克服这些缺点，研究人员尝试将 TPS 与聚乳酸（PLA）共混，期望结合两者的优势。但 TPS 和 PLA 的不相容性以及相之间的弱物理相互作用，使得这一策略面临诸多挑战。在这样的背景下，来自 Technological University of the Shannon（TUS）的研究人员开展了相关研究，旨在探索不同增容体系对 TPS/PLA 共混物性能的影响，该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过熔体混合法，将 TPS、PLA 以及不同的增容剂在特定条件下进行混合，制备出多种共混物样品。然后，运用扫描电子显微镜（SEM）对样品的形态结构进行观察分析，以了解增容剂对共混物微观结构的影响。利用差示扫描量热法（DSC）和热重分析法（TGA）分别研究共混物的热性能和热稳定性。此外，还借助熔体流变仪对共混物的流变性能进行测试，以及使用万能试验机测定共混物的拉伸性能。

研究结果

1. 流变 - 形态分析：通过对 TPS、PLA 及其共混物的流变性能研究发现，在不同频率下，TPS 和 PLA 的粘度表现不同，据此推测 50/50 的 TPS/PLA 共混物中 TPS 可能形成连续相，30/70 的共混物中 PLA 为连续相。SEM 分析证实了 50/50 共混物具有 TPS 基质中分散 PLA 相的形态。添加增容剂后，PLA 液滴尺寸减小，尤其是含 MA 接枝的增容剂效果更明显，二元增容体系比单一增容体系更能有效减小分散相尺寸。
2. 差示扫描量热法（DSC）分析：DSC 分析结果显示，不同增容剂对共混物的玻璃化转变温度（T_g）影响较小，但对冷结晶温度（T_cc）、结晶温度（T_c）等有不同程度的影响。例如，一些增容剂使冷结晶焓变（ΔH_cc）降低，而二元增容体系则使 ΔH_cc升高，表明其结晶度有所变化。
3. 熔体流变分析：熔体流变分析表明，在低频率区域，除 TPS/PLA/MAPLA 外，其他增容共混物的储能模量（G'）均增加，EGMA 增容体系和含 MAPBAT/EGMA 的二元增容体系表现出较高的 G' 值。在高频率区域，TPS/PLA/MAPBAT/EGMA 的 G' 值最高，不同共混物呈现出不同的变化趋势，这与增容剂的性质和界面相互作用有关。
4. 拉伸测试分析：拉伸测试结果表明，添加增容剂后，共混物的拉伸性能发生明显变化。MAPLA 使拉伸强度和模量增加，TPS/PLA/MAPBAT 和 TPS/PLA/EGMA 的断裂应变显著提高，二元增容体系 TPS/PLA/MAPBAT/EGMA 的断裂应变达到 73.50±24.58%，相比未增容共混物有大幅提升。
5. 热重分析（TGA）：TGA 分析显示，共混物的分解趋势更接近 TPS，添加某些增容剂如 MAPBAT 和 EGMA 可提高共混物的初始热稳定性（T₁₀），但二元增容体系会使热稳定性略有下降。

研究结论与讨论

该研究表明，反应性增容剂能够增强 TPS 和 PLA 之间的界面粘附力，从而改善共混物的整体机械性能。MA 接枝材料和二元增容体系在减小 TPS 基质中 PLA 域尺寸方面更为有效，PLA 平均域尺寸从未增容共混物的 1.353μm 减小到 MAPBAT/EGMA 共混物的 0.355μm。二元增容体系显著提高了共混物的延展性，TPS/PLA/MAPBAT/EGMA 体系的拉伸断裂应变相比未增容共混物增加了 745%，这与 PLA 域的粒子间距离减小到临界值 0.027μm 以下密切相关，证实了精细分散对提高韧性的重要作用 。此外，热稳定性（T₁₀）在添加某些增容剂后有所提高，虽然二元体系使其略有下降，但总体上该研究突出了反应性增容在实现临界分散相尺寸、提升共混物机械性能方面的重要作用。这一研究成果为开发可持续、可生物降解且高效的聚合物共混物提供了重要参考，对包装行业以及其他相关领域具有重要意义，有望推动生物基聚合物在实际应用中的进一步发展。后续研究可进一步探索这些共混物在实际应用中的长期耐久性和生物降解性，以及淀粉来源对 TPS 最终性能的影响，并拓展其在农业、纺织、建筑等更多领域的应用。