生物基高分子材料由于具有绿色、环境友好、原料可再生及生物可降解，成为了研究的热点。醋酸丁酸纤维素纤维(CAB)作为熔融生物基高分子材料，由于其玻璃化转变温度较高、易于受热分解，其熔融加工性能尚不能满足熔融纺丝的要求。为了克服其在熔融加工时的缺点，扩大CAB的应用领域，本文采用了升温可降解材料己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物来对CAB熔体进行增塑，增加其熔融加工性能。

九江市的山塘的主要功能是为农业提供水源，作为生活用水的山塘在数量较少，生活需水量不足山塘总用水量的1%，生态用水也只占总用水量的2%左右。

PBAT属于热塑性生物降解塑料，兼具PBA和PBT的特性，是脂肪族和芳香族的共聚物，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能，它综合了脂肪族聚酯的优异降解性能和芳香族聚酯的良好力学性能，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。

进一步从矿里范围来看，金矿化的有利突变，主要是娟英岩化以及黄铁矿，这两种主变过程较为明显的较为强烈时，可以看到石英脉落的穿插现象，则表明该地区深部存在有盲矿体。越是靠近矿源层接触带，则矿物质越丰富集中，更易形成富矿体。

4)农村生活、分散型畜禽、种植业废弃物污染负荷削减与资源化利用技术体系研究。三峡库区农户生活、分散型畜禽、种植业废弃物等污染严重，可针对此情况进行农村生活垃圾分类收集、集中储存、定期清运；分散型畜禽粪便的资源化利用技术及模式，如沼气农业生态循环利用技术、生物废水生物挂膜处理技术、高效安全土地处理技术、堆肥处理技术；秸秆资源综合利用的关键技术及循环利用模式，如秸秆生物质气化利用技术、秸秆碳化、膨化以及表面改性利用技术研究。

本文通过改变CAB熔体中不同PBAT的含量、不同毛细管的长径比及在不同的温度条件下，探索了醋酸丁酸纤维素的最佳熔融加工的条件[1]。

1 实验部分

1.1 原料与设备

本文实验所涉及的原材料如表1所示。

 

表1 原材料规格及厂家Table 1 Material specifications and manufacturers

  

原料规格厂家CAB381-20美国伊斯曼化工公司PBATBIO⁃PB010天津国韵生物科技有限公司

本文实验所涉及的实验设备如表2所示。

 

表2 设备规格及厂家Table 2 Equipment specifications and manufacturers

  

设备名称规格厂家双螺杆挤出机CH-18中南晨光机械研究院转矩流变仪RC-90美国赛默飞世尔公司

1.2 样品的制备

将CAB和PBAT置于烘箱中进行干燥，然后分别采用双螺杆挤出机将CAB、PBAT混合后进行共混，其中CAB所占比例分别为100%、95%、90%，其中双螺杆挤出机的温度设置为210℃～230℃，螺杆转速为180r/min，将挤出物进行水冷、拉条、造粒、干燥，即制备得到实验所需的样品。

从图1可以看出，不同的质量分数的PBAT的CAB试样中，随着螺杆剪切速率的增加，熔体的黏度下降；其中，在相同的剪切速率下，纯CAB的黏度最高，含有5%的PBAT的CAB试样的黏度最小，增塑效果最为明显；PBAT含量为10%和15%的CAB样品的黏度稍低于纯CAB样品；在一定的剪切速率下，这是由于当PBAT的含量较小时，PBAT聚合物分子能较好对CAB分子进行解缠结，黏度也随着降低；当PBAT的含量增加时，熔体体系内的分子缠结反而增多，从而引起熔体的黏度增加[4]。

1.3 流变性能的测定[2-3]

根据不同质量分数的PBAT增塑CAB熔体的流动曲线，可以计算得到不同熔体的牛顿指数(见表3)。从表3可以看出，当PBAT的质量分数为5%时，熔体的牛顿指数n最大，熔体的黏度随着剪切速率的增大而表小的趋势最为明显；当PBAT的质量分数大于15%时，添加有PBAT的CAB熔体的牛顿指数与纯CAB的牛顿指数相近，甚至更小。由此可见，当PBAT的含量过高时，CAB熔体的黏度随着剪切速率的增加而减小的趋势变得不明显。

2 结果与讨论

2.1 不同比例的PBAT增塑纯CAB的流变性能研究

从图3可以看出，随着熔体剪切速率的增大，不同温度的熔体随着温度的升高，试样的黏度依次减小；另外，随着试样温度的增加，熔体的黏度降低，在225℃、230℃时，PBAT增塑CAB熔体的流变曲线非常接近，当温度继续升高至235℃，熔体黏度有明显的降低，至240℃时，熔体黏度最低，聚合物没有降解的前提下，最适合加工成型。

  

图1 不同质量分数的PBAT对CAB流变性的影响Fig.1 Effect of different mass fractions of PBAT on rheology of CAB

自从瑞金成为中央苏区中心、赤色首都以来，从各地运往瑞金的粮食和其他物资便与日俱增。那时苏区境内几乎没有公路和汽车运输，进入瑞金的东西就靠陆路的肩挑背驮与独轮车推，再就是河道船运。远途挑运谷子不仅费时还费粮，如从兴国到瑞金，每天至少有1000多人挑运稻谷，每百斤谷要两人挑，来回要上十天，这样，挑的谷子差不多就被挑担的人吃掉了。因此，中华苏维埃共和国临时中央政府决定大力发展河道运输，以降低运输成本、缩短运输周期、扩大运输量。这件事就由刘少奇亲自抓。

在RC 90型毛细管流变仪上进行流变性能测定，其中毛细管的直径D=1mm，有4种长径比的毛细管，分别为L/D=10、20、30、40，测试温度为220℃～240℃之间。

 

表3 不同质量分数的PBAT增塑CAB熔体的牛顿指数Table 3 Newtonian index of plasticized CAB melts with different mass fractions of PBAT

  

PBAT质量分数/%温度/℃非牛顿指数023005134523005746102300532615230051422023004601

2.2 不同长径比毛细管对CAB流变性能的影响

聚合物的黏流活化能是纺丝熔体对温度敏感程度的一个标志，黏流活化能越大，纺丝温度区域就越窄；而黏流活化能越低，聚合物纺丝温度区域范围就越宽。

  

图2 不同长径比毛细管对PBAT增塑CAB流变性的影响Fig.2 Effect of PBAT with different aspect ratio on the rheology of CAB

从图2可以看出，质量分数为10%的PBAT增塑CAB熔体随着剪切速率的增加，四种试样的熔体黏度都有所降低，其中L/D为10的PBAT增塑CAB熔体，在相同的剪切速率的条件下，熔体黏度最高；而长径比分别为20、30、40的毛细管对应的PBAT增塑CAB熔体在较低的剪切速率下，黏度从大到小依次为毛细管长径比对应20、30、40的熔体，当剪切速率增大时，熔体的黏度大小较为接近。由此可见，当毛细管的长径比大于20时，熔体入口的压力降与毛细管中的流动的压力降相比，可以忽略不计。

纺丝温度是纺丝工艺中的一个非常重要的参数，它不仅影响整个纺丝过程的稳定性及初生纤维的性能，而且对纤维的后加工性能及纤维质量都有极大的影响。在纺丝过程中，纺丝温度过高，会造成聚合物高分子的降解，易造成断丝、纺丝不连续的现象；当纺丝温度过低时，则会造成熔体压力过高、出丝不顺畅，甚至造成纺丝设备的损坏。为了研究温度对PBAT增塑CAB流变性能的影响，我们采用长径比为20的毛细管，质量分数为10%的PBAT增塑CAB，流变仪的温度分布为220℃、225℃、230℃、235℃、240℃，所得到的流变曲线如图3所示。

2.3 温度对PBAT增塑CAB的流变性能的影响

澳大利亚不同年龄段消费者对于酒种的偏好具有较大差异：14～17岁年龄段消费者更偏爱喝预调烈酒，但随着年龄增长，喜爱瓶装葡萄酒的消费者占比逐渐增加，而预调烈酒的占比逐渐减少。对于烈酒，14～17岁年龄段消费者消费烈酒比例占该群体总消费酒精饮料的60%，为各年龄阶段群体中最高。但随着年龄的增加，消费者饮用烈酒的比例总体上呈下降趋势，18～24岁年龄段消费者消费烈酒的比例占该人群总消费酒精饮料的22%，为各年龄阶段群体中最高。25～29岁及30～39岁消费者消费普通烈度啤酒占该人群总消费酒精饮料的27%，为各年龄层最高。具体情况见图2。

  

图3 不同温度条件下的PBAT对CAB流变性的影响Fig.3 Effect of PBAT on the rheology of CAB at different temperatures

在CAB熔融状态下，PBAT对CAB的流变性能有一定的影响。因此，我们研究了添加不同质量比的PBAT来对CAB进行增塑。其中转矩流变仪的温度设置为230℃，毛细管的长径比为20，PBAT的含量依次为0%、5%、10%、15%和20%，所得到的CAB的流动曲线如图1所示。

2.4 PBAT的添加对CAB黏流活化能的影响

纺丝组件喷头的长径比是原料成丝的重要参数，从宏观上来看，长径比直接影响纤维的纺丝速度、纤维的结晶速度与取向；从微观熔体上来看，不同长径比的毛细管，流体从料筒被挤入毛细管时，在相同熔体压力的情况下，熔体流速和流线也有所不同，从而引起黏性的摩擦能量耗散和熔体弹性拉伸形变而引起的不同长径比的毛细管有不同的“入口效应”。为了研究不同长径比对CAB的流动性能的影响，我们在240℃的条件下，分别采用L/D长径比为10、20、30、40的不同毛细管，对PBAT质量比为10%增塑CAB作流动曲线。所得到的流动曲线如图2所示。

“有，有，有！”蒋老一边答应，一边跑进房里，在衣柜中乱翻一气，找出一件淡红色连衣裙。敲响卫生间的门，门开了，紫云不小心探出半个身子。蒋老一阵眩晕，顿时觉得地板在摇晃。顾不得那么多，紫云索性冲出来，一下把他抱住，要不，他非倒地不可。

黏流活化能的大小可根据Arrenhnius公式：η=A·eH/RT来计算，以lnη对1/T作图得到一条直线，计算直线的斜率即可求CAB/PBAT在不同剪切速率下的黏流活化能[5]。即：

 

其中：η为黏度，单位为Pa·s；A为常数，与熔体物性有关；Eη为黏流活化能，单位为kJ/mol；R为气体常数；T为绝对温度，单位为K。

为了研究添加PBAT对CAB熔体的黏流活化能影响，将纯CAB与添加有质量分数为10%的PBAT的CAB在不同的剪切速率下进行转矩流变测试，并按照上述方法计算得到黏流活化能，所得结果如图4所示。

  

图4 黏流活化能与表观剪切速率的关系Fig.4 Relationship between viscous activation energy and apparent shear rate

从图4可以看出，纯CAB和CAB/PBAT的黏流活化能都随着表观剪切速率的增加而减小，当剪切速率小于800s-1时，CAB/PBAT的黏流活化能较纯CAB的黏流活化能减小，熔体加工温度范围较窄；而当剪切速率大于800s-1时，两者的黏流活化能接近，随着剪切速率的继续增加而缓慢减小，对剪切速率不敏感，其熔体加工温度范围变宽。

3 结论

通过采用双螺杆挤出机、转矩流变仪对PBAT增塑CAB流变性能的研究，得到以下结论：当PBAT的含量为5%时，对CAB熔体剪切变稀现象最为明显，对CAB熔体增塑效果最好，当PBAT含量继续增加时，容易引起CAB与PBAT高分子链新的缠接；当毛细管的长径比达到10以上时，熔体经毛细管的压力降与在毛细管内部的压力降相比，可以忽略；当熔体温度在235℃时，即可以避免CAB由于高温引起的降解，PBAT在此温度下，黏度降最为明显，易于加工成型。

参考文献

[1] 钱芝龙，陈宏军.改性远红外聚丙烯流变性能的探索[J].金山油化纤，2001(1)：23-25.

[2] 高象涛. HAAKE转矩流变仪在聚氯乙烯加工配方设计中的应用[J].设备与防腐，2003，31(2)：147-148.

[3] 杜启玫，周持兴.哈克转矩流变仪在聚合物加工中的应用[J].实验室研究与探索，2004，23(7)：46-47.

[4] 晋刚，赵新亮，雷玉才.转矩流变仪表征熔融聚合物的流变性能[J].化工进展，2011，30(2)：371-375.

[5] 汪永斌，杨锐，张丽叶.长支链型高熔体强度聚丙烯流变性能的研究——剪切流变[J].中国塑料，2006，20(5)：67-72.