生物基可降解聚酯的薄膜吹制技术：聚（戊二酸酯-对苯二甲酸酯）和聚（十二烯呋喃酸酯）

《Macromolecular Materials and Engineering》：Film Blowing of Biobased Biodegradable Polyesters: Poly (Pentylene Adipate-co-Terephthalate) and Poly (Dodecylene Furanoate)

本文通过吹塑法制备了聚五亚甲基 adipate-co-terephthalate（PPeAT）、聚十二亚甲基呋喃酸酯（PDDF）、聚丁二酸丁二酯（PBAT）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）薄膜，对比了压延成型片（CMS）与吹塑片（BFs）的力学性能、结晶结构和气体渗透性。结果表明，CMS具有更高的杨氏模量、结晶度和更低的气体渗透性，而PPeAT和PDDF的机械性能接近LLDPE，且生物降解性更优。PPeAT的杨氏模量是PBAT的三倍，PDDF的结晶度更高，表明通过调控结晶结构可优化薄膜性能。

　　在当前的材料科学领域，随着环保意识的增强，对可降解材料的需求日益增长。传统的塑料材料，如线性低密度聚乙烯（LLDPE）和低密度聚乙烯（LDPE），因其优异的延展性和抗穿刺性被广泛用于柔性薄膜包装。然而，这些材料来源于不可再生的石油资源，且不具备可降解性，导致了严重的环境污染问题，尤其是微塑料的累积。因此，研究和开发具有类似性能但环境友好的可生物降解材料成为重要的方向。

本研究聚焦于四种聚合物：聚（戊烯己二酸酯-对苯二甲酸酯）（PPeAT）、聚（十二烷基呋喃酸酯）（PDDF）、聚丁烯己二酸酯-对苯二甲酸酯（PBAT）以及LLDPE。这些材料通过吹膜工艺制备成薄膜，并与压缩成型的板材（CMSs）进行对比分析。通过机械性能、X射线散射（WAXS和SAXS）以及动态力学分析（DMA）等手段，评估了它们在不同方向上的特性差异。研究结果表明，CMSs在杨氏模量、断裂应力和断裂伸长率等方面均优于吹膜（BFs），这与CMSs具有更高的结晶度有关。同时，BFs在氧气和二氧化碳渗透率、水蒸气透过率等方面表现更差，这可能与快速冷却过程导致的结构差异有关。

PPeAT和PDDF因其生物基和可生物降解的特性，在环境友好性方面具有显著优势。相比之下，PBAT和LLDPE则主要依赖化石燃料资源，不具备可降解性。尽管PBAT具有良好的热稳定性和气阻性能，但由于其较低的杨氏模量，通常需要与其他生物聚合物如聚乳酸（PLA）或淀粉进行共混以提升其机械性能。PPeAT则在机械性能方面表现出更优异的特性，其杨氏模量几乎是PBAT的两倍，显示出其作为传统塑料替代材料的巨大潜力。

在薄膜吹制过程中，PPeAT和PDDF展现出与LLDPE相似的机械性能，但其在气阻和水蒸气阻隔性能上优于PBAT。PPeAT和PDDF在压缩成型后的结晶度高于吹膜，这进一步提升了其在气阻方面的表现。同时，由于PPeAT的结晶度较低，其在氧气渗透率方面表现优于PBAT，而在二氧化碳渗透率方面则略逊于PBAT，这与PPeAT中较高的氧碳比有关。PDDF则在氧气和二氧化碳渗透率方面均优于PBAT和PPeAT，主要归因于其更高的结晶度，使得水分子在材料中的扩散路径更加复杂，从而降低了水蒸气透过率。

研究还发现，吹膜过程中材料的结晶度和分子取向受到加工参数的显著影响。在吹膜过程中，MD方向的结晶度通常高于TD方向，这可能与吹胀比和冷却速率有关。然而，在某些情况下，如PDDF，TD方向的结晶度反而更高，这可能与材料的结构特性有关。此外，SAXS和WAXS的结果表明，吹膜过程中材料的分子取向与压缩成型的板材存在显著差异，这种差异进一步影响了材料的机械性能和气阻性能。

通过对比分析，研究发现PPeAT和PDDF在吹膜过程中表现出良好的性能，可能成为LLDPE的潜在替代品。这种替代不仅有助于减少对石油资源的依赖，还能显著降低塑料废弃物对环境的影响。然而，PPeAT在吹膜过程中存在结晶速率慢的问题，这需要通过添加成核剂来改善。研究结果表明，添加成核剂后，PPeAT的结晶行为得到了明显改善，从而使得其能够成功进行吹膜工艺。

此外，研究还强调了吹膜工艺在生产连续、均匀和薄型薄膜方面的优势，这使其在包装和农业等应用中更具吸引力。与压缩成型相比，吹膜能够实现更高的生产效率和更低的能耗，这对大规模生产至关重要。然而，吹膜工艺在某些情况下可能会影响材料的结晶度和分子取向，从而影响其物理性能。因此，合理选择加工参数对于获得理想的材料性能至关重要。

本研究的实验部分详细描述了材料的制备和表征方法。PPeAT和PDDF的合成过程涉及直接酯化和聚酯化反应，而PBAT和LLDPE则以商业形式提供。在吹膜过程中，所有材料均在相同的条件下进行加工，以确保实验的可比性。对于PPeAT，成核剂的添加是必要的，以克服其缓慢的结晶速率。而PDDF由于其自身较快的结晶速度，无需添加成核剂。实验中使用了多种先进的表征技术，包括X射线散射和动态力学分析，以全面评估材料的结构和性能。

在实验过程中，研究人员还对材料的渗透性能进行了详细测量。结果显示，压缩成型的材料在气阻和水蒸气阻隔性能方面均优于吹膜材料，这与其较高的结晶度密切相关。通过气阻测试和水蒸气透过率测量，进一步验证了材料的结构特性对性能的影响。PPeAT和PDDF在这些方面表现出良好的性能，显示出其在食品包装等高要求领域中的应用潜力。

综上所述，本研究通过系统的实验和分析，揭示了PPeAT和PDDF在吹膜工艺中的表现及其与压缩成型材料的差异。PPeAT和PDDF作为生物基和可生物降解材料，具有替代传统塑料的潜力，尤其在柔性薄膜包装领域。研究结果不仅为可降解材料的开发提供了理论支持，也为实际应用中的材料选择和工艺优化提供了参考。未来的研究可以进一步探索这些材料在不同应用场景中的表现，并优化其加工条件以实现最佳性能。