常温常湿环境对PBAT/PLA包装袋的力学性能有什么影响？

郭蕊.常温常湿环境对PBAT/PLA全降解包装袋力学性能的影响[J].今日印刷,2020(08):61-63.

DOI:10.16004/j.cnki.pt.2020.08.017

作者单位：深圳市裕同包装科技股份有限公司

今天小编给大家分享一篇关于 常温常湿环境 对PBAT/PLA包装袋 力学性能的影响的文章~

前言

随着各国政府和普通消费者环保观念的日益提高，对可降解及可回收的绿色包装材料的研究已经成为包装材料领域的研究热点，特别是传统一次性塑料包装材料正逐步被欧美发达国家列入禁止使用的名录，

完全可生物降解包装材料（也称全降解包装材料）作为现代社会消费品领域包装解决方案的重要品类，迎来了前所未有的发展机遇。

国内外许多企业和机构已经开发出了针对不同应用场景的全降解包装材料及制品，如食品包装材料、发泡缓冲材料、快递包装袋等。

包装材料在运输、仓储、货架摆放等过程中往往会出现老化现象，影响商品的使用性能以及消费者的印象。因此，对包装材料进行耐候性测试是非常必要的。

目前，对于全降解材料的耐候性试验评价，往往使用的是实验室制备的材料和实验用仪器设备，从短期实验结果评价、推算、预测高分子材料长期使用寿命，但在真实环境下进行试验是测定包装材料耐候性最可靠的方法。

本应用研究在真实环境条件下，分析了PBAT/PLA全降解包装袋力学性能的变化情况及其可能的原因，为开发适应不同货架期的全降解包装材料提供参考和指导，进一步促进环保包装材料的推广使用。

（小编提醒：本文略长，想知道 常温常湿环境对PBAT/PLA包装袋的 力学性能有什么影响 可以直接跳到最后查看结论哦~）

实验部分

01

试剂与仪器

全降解共混改性树脂，薄膜级， 自制，主要成分为PBAT、PLA。三层共挤吹膜机，FM3-1700型，由佛山市顺德区雄球塑料机械有限公司生产。

热切制袋机，RFQ型，由瑞安市瑞机包装机械厂生产。微机控制电子万能试验机，E43.104型，由美特斯工业系统（中国）有限公司生产。

02

实验过程

加工前，将共混改性树脂置于60℃条件下干燥24h。将干燥好的吹膜 母粒通过三层共挤吹膜机制备三层共挤薄膜，

外层加热区1～5段温度分别为120℃、125℃、127℃、128℃、130℃，

中层加热区1～5段温度分别为120℃、125℃、125℃、125℃、125℃，

内层加热区1～5段温度分别为120℃、125℃、125℃、130℃、130℃，

分流器区和模体区温度为130℃，通过控制吹膜速度得到两种不同厚度的薄膜，分别为0.015mm、0.04mm。将上述制备的薄膜通过制袋机进行制袋，即得PBAT/PLA全降解包装袋。

03

测试与表征

①常温常湿老化试验：将上述制备的不同厚度的PBAT/PLA全降解包 装袋试样置于遮光包装箱中，放在常温常湿办公室中，试验时间分别为0天、30天、60天、90天、180天、240天，具体是从11月到次年7月。

②力学性能测试：拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040-2006 标准，在电子万能试验机上进行测试，拉伸速度50mm/min；热封强度按QB/T 2358-1998标准，在 电子万能试验机上进行测试。测 试之前，所有样条均在恒温恒湿（23℃±1℃，50%±2%RH）条件 下放置24小时，每个测试条件进行3次测试取平均值。

③微观形貌观察：使用Pro-X 型台式扫描电子显微镜（Scanning  Electron Microscope，SEM） （Phenom，荷兰）观察PBAT/PLA全 降解包装袋的表面微观形貌，加速电压为5kV。

结果与讨论

1.常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋拉伸强度的变化

拉伸强度往往是薄膜类包装材料最重要的力学性能和质量评价指标之一。图1为常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋拉伸强度的变化。从图1可以看出，随着老化时间的增加，不同厚度全降解包装袋的拉伸强度均呈现下降趋势，表明暴露在环境中的时间越长，材料老化程度越深，内部结构的破坏程度越大。

图1 不同厚度PBAT/PLA全降解包装袋拉伸强度随时间的变化

具体地，对比图1的（a）和（b）可以看出，经过240天的老化，0.04mm厚度全降解包装袋的横向拉伸强度从最初的18.2MPa降至11.0MPa，下降幅度为39.6%，纵向拉伸强度从最初的20.8MPa降至12.4MPa，下降幅度为40.4%；

0.015mm厚度全降解包装袋的横向拉伸强度从最初的23.1MPa降至11.8MPa，下降幅度为48.9%，纵向拉伸强度从最初的39.3MPa降至30.6MPa，下降幅度为22.1%。

从结果可以看出，0.015mm厚的全降解薄膜拉伸强度的初始值和终末值均高于0.04mm厚的全降解薄膜。老化实质是一个热氧降解过程，在老化初期，聚合物树脂部分羰基被氧化产生自由基，加速了树脂的降解，微观上表现为薄膜分子链的断链、结晶区的破坏和分子链间作用力的减弱，宏观上表现为薄膜力学强度的下降。

2.常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋断裂伸长率的变化

一般来说，断裂伸长率越大，说明材料韧性越好，断裂伸长率越小，说明材料脆性越大。图2为常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋断裂伸长率的变化。从图2可以看出，随着老化时间的增加，不同厚度全降解包装袋的断裂伸长率均呈现下降趋势，表明老化时间越长，材料内部结构的破坏程度越大，断裂伸长率越差。

图2 不同厚度PBAT/PLA全降解包装袋断裂伸长率随时间的变化

具体地，对比图2的（a）和（b）可以看出，经过240天的老化，0.04mm厚度全降解包装袋的横向断裂伸长率从最初的597%降至450%，下降幅度为24.6%；纵向断裂伸长率从最初的562%降至284%，下降幅度为49.5%；

0.015mm厚度全降解包装袋的横向断裂伸长率从最初的443%降至129%，下降幅度为70.9%；纵向断裂伸长率从最初的144%降至82%，下降幅度为43.1%。

从结果可以看出，0.04mm厚的全降解薄膜断裂伸长率在试验过程中始终高于0.015 mm厚的全降解薄膜。对比图1和图2还可以看出，薄膜包装材料断裂伸长率下降幅度比拉伸强度大，表明老化导致了材料柔韧性下降，脆性增加，可能与空气中存在的氧自由基作用于材料分子链的化学键，导致分子侧链被氧化断链、大分子网络结构稳定性下降有关。

3.常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋热封强度的变化

图3为常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋热封强度的变化。从图3可以看出，随着老化时间的增加，不同厚度全降解包装袋的热封强度均呈现下降趋势，表明暴露在环境中的时间越长，材料内部结构的破坏程度加大，热封性能越差。

图3 不同厚度PBAT/PLA全降解包装袋热封强度随时间的变化

具体地，经过240天的老化，0.04mm厚度全降解包装袋的热封强度从最初的19.7N降至10.8N，下降幅度为45.2%；

0.015mm厚度全降解包装袋的热封强度从最初的13.6N降至8.8N，下降幅度为35.3%。

从图3可以看出，0.04mm厚度全降解包装袋热封强度的下降速率比0.015mm的包装快，在240天后基本接近0.015mm厚度的包装袋的性能。根据微裂纹理论，塑料基体在发生形变时内部会产生很多微裂纹，一些具有弹性的粒子横跨在微裂纹之间，可以阻止微裂纹进一步增长成裂纹。因此，不同厚度薄膜的热封过程中可能形成了一些聚合物结节，在经过一段时间的老化降解后，对于内部结构的抗氧化能起到一定的作用。

4.常温常湿环境下PBAT/PLA全降解包装袋微观形貌的变化

图4为PBAT/PLA全降解包装袋老化前后微观形貌的扫描电镜图片。对比图4的（a）和（b）可以看出，新制备的PBAT/PLA全降解包装袋的微观形貌比较平整，而经过180天常温常湿环境老化后，PBAT/PLA全降解包装袋的微观形貌发生很大改变，出现了很多突起和沟槽，表面十分不平整。

图4 PBAT/PLA全降解包装袋微观形貌的扫描电镜图片：(a) 为老化前，(b) 为老化180天后

因此可以推测，经过长时间老化，全降解薄膜表面逐渐被空气中的水分和氧气“侵蚀”，可能局部产生一些凹陷点，凹陷点具有更大的表面积，进一步被氧化降解，逐渐形成连线、连片并向材料内部蔓延，使得全降解材料不光表面变得粗糙，内部也逐渐出现孔隙，在宏观上则表现为拉伸强度、断裂伸长率、热封强度等力学性能的下降。

结论

①常温常湿环境对PBAT/PLA全降解包装袋的力学性能有明显的负面影响。②老化试验前后，0.015mm厚度的PBAT/PLA全降解包装袋的拉伸强度优于0.04mm厚度的全降解包装袋；断裂伸长率、热封强度方面，0.04mm厚度的全降解包装袋则优于0.015mm厚度的全降解包装袋。③综上所述，针对不同的应用场景和环境条件，在实际使用全降解包装材料用于产品包装时，可以适量添加抗氧化剂、抗腐蚀剂，并注意避免阳光直射、避免高湿高盐的环境，贮存摆放在阴凉通风处。

END

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