加工顺序对反应性增容PLA/PBAT共混物力学性能的关键作用：制造方法的影响

这篇研究深入探讨了加工顺序和制造方法对聚乳酸(PLA)/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)/Joncryl共混物性能的影响。通过薄膜挤出、压缩成型和注塑成型三种加工方式，系统评估了单步与两步混合策略对界面相互作用和最终性能的调控作用。研究证实两步法（Joncryl预先与PLA或PBAT反应）能显著提升相分散均匀性和界面粘附力，使(70/30)PLA/PBAT共混物的拉伸强度提升6%-15%，断裂伸长率最高增加491%。薄膜挤出样品因剪切诱导取向效应展现出优于压缩成型样品的力学性能，而注塑成型样品中0.5wt.% Joncryl通过两步法使冲击强度提升140%。该研究为可降解包装材料的性能优化提供了重要工艺指导。

　　

加工方法与序列设计对PLA/PBAT共混体系的调控机制

Abstract
环境污染物问题推动了对生物可降解聚合物的需求，其中PLA和PBAT因其互补特性成为研究热点。PLA具有高刚性和强度但脆性大，PBAT柔韧但力学强度不足。本研究通过反应性增容剂Joncryl ADR 4468（0.5-1wt.%）调控PLA/PBAT（70/30和50/50）共混体系，创新性地采用两步法混合策略——预先将Joncryl与单一聚合物反应后再共混，系统比较了薄膜挤出、压缩成型和注塑成型三种加工方式对材料性能的影响。

1 Introduction
传统单步共混法存在相分离和界面粘附不足的问题。Joncryl作为环氧基链延伸剂，可通过与PLA的末端羧基（─COOH）和羟基（─OH）反应形成PLA-g-PBAT共聚物。前期研究表明，Joncryl对PLA的反应活性高于PBAT，但加工条件显著影响其效率。本研究首次系统探讨了加工序列（PLA+J/PBAT vs PBAT+J/PLA）与加工方法（挤出长时热历程vs注塑短时处理）的协同效应。

2 Experimental Section
采用单螺杆挤出机制备薄膜和片材，注塑机成型标准试样。通过FTIR、DSC、SEM和力学测试表征材料性能。特别设计两组两步法工艺：①PLA与Joncryl预混后加入PBAT；②PBAT与Joncryl预混后加入PLA。

3 Results and Discussion

3.1 FTIR
FTIR谱图揭示Joncryl与PLA的酯基（954和1264 cm^?1）反应导致特征峰消失，而PBAT的羰基峰（1711 cm^?1）在挤出样品中显著减弱。两步法处理的(70/30)(PBAT+1J)/PLA薄膜在1750 cm^?1处出现强峰，证实更完全的界面反应。注塑样品因短暂热历程（≈60s）反应不彻底，而挤出工艺（180-190°C持续处理）促进Joncryl完全消耗。

3.2 力学与形态性能
薄膜挤出样品因狭缝模头拉伸产生分子链取向，其拉伸强度（(PBAT+1J)/PLA达40.82±5.98 MPa）显著高于压缩成型样品。两步法使(70/30)(PLA+1J)/PBAT薄膜断裂伸长率达431.94±4.56%，接近50/50配方的611±136%水平，同时保持更高强度。SEM显示两步法样品中PBAT相从微米级 elongated inclusions 转变为亚微米级均匀分散（图7-8）。

注塑成型中，(PBAT+0.5J)/PLA的冲击强度提升140%，断裂面呈现fibrillar structure（图10），表明韧性断裂机制。DSC证实两步法使PLA冷结晶温度（T_c）降低：(50/50)配方中从82.05°C降至71.50°C，结晶度（χ%）从35.81%增至39.63%，而(70/30)配方结晶度降低（(PBAT+1J)/PLA为38.83% vs 纯共混物41.35%），这种受控结晶行为使材料兼具强度和延展性。

3.3 热性能
挤出工艺中两步法样品熔融焓（ΔH_m）显著变化：(70/30)(PBAT+1J)/PLA的ΔH_m达41.44 J/g，高于单步法的40.28 J/g。值得注意的是，虽然(PBAT+1J)/PLA的PLA结晶度降低，但其机械性能反而提升，说明界面粘附改善可抵消结晶度下降的负面影响。

4 Conclusion
该研究确立了两步法反应性增容的技术优势：①薄膜挤出适用于柔性包装，其中(PLA+1J)/PBAT组合实现强度与延展性最佳平衡；②注塑成型适合刚性制品，(PBAT+0.5J)/PLA配方冲击性能突出。加工顺序的优化使PLA/PBAT（70/30）在减少PBAT用量的情况下，性能超越传统50/50配方。结晶度调控与界面工程相结合的策略，为开发生物可降解材料提供了新范式。