秸秆粉可用于改善PBAT的力学性能

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种柔韧性较好的生物可降解塑料，但价格较高。我国秸秆年产量十分巨大，仅东北地区每年的秸秆总量就达到几亿吨，但大多数都没有得到充分利用，因此它成为了制备生物质复合材料的优良原料。利用PBAT与秸秆粉熔融共混制成生物质复合材料，此复合工艺对降低PBAT生产成本、充分利用农业废弃物、减少环境污染等都具有重大意义。但由于秸秆粉的分子结构中含有大量的亲水性基团——羟基，导致其与PBAT 的亲疏水性有较大的差别，所以两者存在界面相容性较差的难题。

针对以上难题，沈阳化工大学塑料工程研究中心等以棕榈酰氯为酯化剂对秸秆粉进行表面改性，由于其含有十六碳碳长链，将其修饰到秸秆粉分子上，能极大地降低秸秆粉的亲水性，改善秸秆粉与疏水性PBAT的界面相容性问题。在此基础上通过考察秸秆粉的不同酯化条件对PBAT/秸秆粉复合材料力学性能的影响，总结出酯化秸秆粉的最佳反应条件，最终制得相容性良好、力学性能优良的PBAT/秸秆粉复合材料。

1 论文要点

（1）采用棕榈酰氯与秸秆粉进行酯化反应，使秸秆粉表面的羟基被部分替代成带酯键的长链烷烃基团。

（2）探讨了酯化反应条件中的时间、温度、酯化剂棕榈酰氯用量、催化剂4-二甲氨基吡啶（DMAP）用量及秸秆粉溶液质量分数对秸秆粉取代度的影响。

（3）探讨了上述反应条件对PBAT/秸秆粉复合材料力学性能的影响，发现在取代度最高的反应条件下，复合材料力学性能也最高。

2 棕榈酰氯与秸秆粉的酯化反应

秸秆粉与棕榈酰氯的酯化反应方程式为：Straw—OH+CH3(CH2)14COCl → Straw—O—CO(CH2)14CH3+HCl。该反应方程式中Straw—OH代表秸秆粉中的羟基。

称取秸秆粉溶解到二甲基亚砜溶剂中，配制成不同质量分数的秸秆粉溶液，使总质量为100 g，倒入三口烧瓶，置于恒温水浴锅中升温搅拌，当升至反应温度后，加入计算量的催化剂DMAP，再加入一定量缚酸剂三乙胺，最后在15 min 内用滴液漏斗向其中滴加计算量的酯化剂棕榈酰氯，保持温度反应一段时间。

反应结束后自然冷却至室温抽滤，使用无水乙醇多次洗涤，直至滤液透明，pH为中性，滤饼于60℃真空干燥得到产品。酯化反应基本条件为：反应时间8 h，酯化剂用量(秸秆粉质量的百分数)150%、反应温度100℃、催化剂用量(秸秆粉质量的百分数)1%、秸秆粉溶液质量分数25%，在基本条件基础上改变某个变量的参数，形成的不同酯化反应条件见表1。

3 PBAT/ 秸秆粉复合材料制备

将烘干24 h的改性与未改性秸秆粉分别与PBAT按照质量比20∶80在转矩流变仪(140 ℃，60 r/min) 中混合均匀，再将混合料剪切成粒后投入注塑机中，设定模具温度60℃，料筒温度140℃，保压时间20 s，在此条件下注塑得到拉伸、冲击测试样条。

4 主要结果及结论

（1）酯化秸秆粉的最优反应条件为：反应温度100℃，反应时间8 h，催化剂用量1%(占秸秆粉质量)，酯化剂用量150%(占秸秆粉质量)，秸秆粉溶液质量分数25%。

（2）在上述最优反应条件下，得到的PBAT/改性秸秆粉复合材料、PBAT/未改性秸秆粉复合材料及纯PBAT 的力学性能数据见表2。

由表2可以看出，对于拉伸强度，PBAT/改性秸秆粉复合材料比未改性的复合材料提高了26.93%，比纯PBAT材料提高了2.19% ；对于断裂伸长率，PBAT/改性秸秆粉复合材料比未改性的复合材料提高了58.69%，比纯PBAT材料提高了8.79% ；对于缺口冲击强度，PBAT/改性秸秆粉复合材料比未改性的复合材料提高了38.46%，比纯PBAT材料提高了91.8%。

（3）秸秆粉的酯化改性增加了其与PBAT 的界面相容性，减弱了两相的相分离现象。

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