一种用于土工布应用的生物降解聚乳酸-聚丁酸 adipate-对苯二甲酸乙二醇酯-淀粉共聚物混合物

《Polymer International》：A biodegradable polylactic acid–polybutylene adipate terephthalate–starch polymer blend for geotextile applications

聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBAT）和淀粉的混合物通过挤出成型制备，系统研究了其机械性能（弹性模量、抗拉强度、断裂伸长率）与流变学特性，结合纳米红外原子力显微镜（nanoIR-AFM）技术证实了淀粉颗粒的分散结构。实验表明，PLA含量增加会提高材料的刚度和强度，但降低延展性；淀粉含量高的混合物降解更快。研究结果表明，通过调整PLA、PBAT和淀粉的比例，可开发出适用于地材纺织的环保材料，满足不同工程需求。

　　在当今社会，随着环保意识的不断增强，对可持续材料的需求也日益增长。特别是在工程和环境工程领域，用于加固土壤结构、防止滑坡和侵蚀控制的织物材料（即地聚合物）正受到越来越多的关注。传统的地聚合物主要由石油基聚合物制成，如聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），但这些材料在使用过程中可能带来环境污染问题，例如微塑料的积累和添加剂的流失。因此，研究和开发具有生物降解性的聚合物成为当前的重要方向。本文探讨了一种由聚乳酸（PLA）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和淀粉组成的特殊聚合物混合物，旨在评估其作为地聚合物材料的潜力。

这种混合物的制备是通过实验室挤出机进行的，随后利用扫描电子显微镜（SEM）对混合物的均匀性进行表征。通过调整不同聚合物的比例，研究者希望找到一种能够满足地聚合物应用需求的材料组合。研究表明，PLA具有较高的刚性和强度，但其延展性较差；而PBAT和淀粉则表现出较低的弹性模量，PBAT具有良好的柔韧性，淀粉则具有较高的亲水性。因此，通过将这些材料进行适当混合，可以实现对机械性能的优化，例如弹性模量、断裂强度和延展性等。这些性能的调整对于地聚合物在不同应用场景下的适应性至关重要。

在实验中，研究人员使用了多种分析技术，包括准静态拉伸测试、动态机械分析（DMA）和流变学测量，以评估混合物的机械和流变性能。同时，采用先进的纳米红外-原子力显微镜（nanoIR-AFM）技术对混合物的化学组成和表面特性进行了表征。这种技术能够以纳米级分辨率检测材料对红外光的吸收，从而揭示其化学结构的细微变化。通过这些方法，研究者不仅能够了解混合物的物理性能，还能进一步探索其化学特性，为未来的材料设计提供依据。

研究发现，随着PLA含量的减少，混合物的弹性模量和断裂强度逐渐降低，而延展性则相应增加。这表明，PLA的加入在一定程度上增强了材料的刚性和强度，而PBAT和淀粉则提供了更好的柔韧性和亲水性。这种性能的平衡对于地聚合物在实际应用中的表现具有重要意义。例如，在过滤和排水层中，材料的亲水性有助于提高水渗透性，从而改善土壤的水分管理。而在加固结构中，材料的刚性和强度则决定了其抗拉能力。

此外，混合物的结构特性也对其性能产生影响。SEM图像显示，这些混合物的结构并不均匀，存在嵌入的颗粒，这可能是由于淀粉在混合过程中未完全分散所致。通过碘-碘化钾溶液处理，研究人员进一步确认了这些颗粒主要由淀粉组成。这种不均匀的结构可能影响材料的机械性能，但同时也为材料的生物降解提供了条件，因为淀粉的亲水性和可降解性使得微生物更容易接触到材料内部，从而加速其分解过程。

为了进一步理解混合物的降解行为，研究者进行了生物需氧量（BOD）测试，评估了不同混合比例材料在自然环境中的降解能力。结果表明，随着淀粉含量的增加，材料的降解速率显著提高。这是因为淀粉的亲水性使得材料更容易吸水，从而促进微生物的生长和活动，加速降解过程。相比之下，当PLA含量较高时，材料的降解速率受到抑制，这可能是因为PLA的结构较为稳定，降低了水和微生物对材料的接触机会。

这些发现对于地聚合物的开发具有重要的指导意义。一方面，通过调整PLA、PBAT和淀粉的比例，可以制备出具有不同机械性能的材料，从而满足各种工程需求。另一方面，材料的生物降解特性使其在环境友好性方面具有明显优势，能够减少对环境的长期影响。因此，这种混合材料在未来的地聚合物应用中可能具有广阔的前景。

在实际应用中，地聚合物需要根据具体用途进行定制。例如，在过滤和排水应用中，材料的亲水性和孔隙率是关键因素；而在加固结构中，材料的强度和刚性则更为重要。因此，研究者建议，通过系统地调整混合比例，可以实现对材料性能的优化，从而在不同的应用场景中达到最佳效果。

此外，研究还指出，虽然生物降解材料的市场份额相对较小，但其生产技术正在迅速发展，并受到政府政策的大力支持。这表明，未来生物降解材料在地聚合物领域的应用将更加广泛。然而，目前仍需进一步研究这些材料在实际环境条件下的表现，包括紫外线照射、生物活性、温度变化以及不同机械负载的影响，以确保其在长期使用中的稳定性和可靠性。

总的来说，本文的研究成果为生物降解地聚合物的开发提供了重要的理论和技术支持。通过深入探讨PLA、PBAT和淀粉混合物的机械性能、流变特性以及生物降解行为，研究者为未来的材料设计和应用提供了科学依据。这不仅有助于推动环保材料的发展，也为工程和环境工程领域提供了新的解决方案。随着对可持续材料需求的不断增长，这类混合物有望在未来成为传统石油基地聚合物的有力替代品，从而在减少环境污染的同时，提高地聚合物的性能和适用性。