海泡石纳米管对聚羟基丁酸酯/聚乳酸-热塑性淀粉二元共混体系的多尺度调控：形貌、流变、力学及热性能研究

本文系统研究了海泡石纳米管(HNTs)对热塑性淀粉(TPS)与聚羟基丁酸酯(PHB)/聚乳酸(PLA)共混体系的调控作用。通过熔融共混和双螺杆挤出技术制备了不同配比的TPS/PHB/HNT和TPS/PLA/HNT纳米复合材料，揭示了HNTs通过降低分散相尺寸、提升复数粘度(η*)和剪切稀化指数(n)、改善结晶行为(Tc↑)等机制，显著增强生物可降解共混物的界面相容性。研究为开发高性能环保包装材料提供了理论支撑。

　　

ABSTRACT
本研究聚焦环境友好型高分子材料开发，通过引入天然海泡石纳米管(HNTs)对热塑性淀粉(TPS)与聚羟基丁酸酯(PHB)/聚乳酸(PLA)二元体系进行改性。采用熔融共混结合双螺杆挤出工艺，制备了HNTs含量0-5 wt.%、聚合物比例85/15至50/50的系列纳米复合材料。

3.1 形貌分析
扫描电镜(SEM)显示所有共混物呈现"基质-液滴"结构，HNTs的加入使PHB/PLA分散相尺寸显著减小。TLH-50体系中PLA液滴平均半径(R_n)从0.85 μm降至0.44 μm，且多分散指数(PDI)降低，表明3 wt.% HNTs负载量时分散最优。有趣的是，高PLA含量(50 wt.%)样品因熔体粘度升高，HNTs在界面定位更充分，通过物理桥接作用抑制液滴 coalescence。

3.2 流变特性
流变测试揭示HNTs使复数粘度提升1-2个数量级，TLH-50-5在0.1 rad/s下粘度达TLH-50-0的10倍。功率律指数n值从TLH-50-0的0.64降至TLH-50-5的0.42，证实HNTs网络结构的形成。值得注意的是，PLA基体系(TLH)的剪切稀化效应强于PHB基体系(TBH)，这与PLA更高熔体粘度促进HNTs分散相关。

3.3 力学性能
拉伸测试表明HNTs对强度影响有限，但显著提升PLA富集体系的延展性。TLH-50-5的断裂应变达20.1%，较未填充样品提升60%。这种增韧效应归因于HNTs诱导的微裂纹分支机制，以及更细小的PLA分散相(<1 μm)阻碍裂纹扩展。

3.4 热行为分析
差示扫描量热(DSC)显示HNTs使TLH-50的玻璃化转变温度(T_g)从52.8°C升至56.0°C，结晶焓(ΔH_c)增加42%，证实其成核剂功能。热重分析(TGA)表明所有体系呈现两步降解，HNTs使5%失重温度(T₅)最高提升15°C，残炭量随HNTs含量线性增加(TBH-85-5达7.7 wt.%)。

3.5 构效关系
研究建立了"加工-结构-性能"关联：
1）熔体剪切力控制HNTs分散，进而调控相形态；
2）PLA体系因更高粘度产生更强剪切场，使HNTs分布优于PHB体系；
3）3 wt.% HNTs为最佳负载量，过量会导致填料团聚反效应。

4 结论
HNTs作为绿色高效的多功能改性剂，通过物理作用同时改善TPS/PHB和TPS/PLA的加工性能、力学强度和热稳定性。特别是TLH-50-5体系展现20%断裂应变和345°C热分解温度，满足食品包装材料要求。该研究为设计可降解高分子复合材料提供了新思路，未来可通过HNTs表面修饰进一步优化性能。