Design strategy for blends of biodegradable polyester and thermoplastic starch based on a molecular dynamics study of the phase-separated interface

热塑性塑料 聚酯纤维 淀粉 相(物质) 分子动力学 材料科学 极限抗拉强度 复合材料 化学工程 化学 有机化学 工程类 计算化学
作者
Akihiro Yamaguchi,Satoshi Arai,Noriyoshi Arai
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:333: 122005-122005 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2024.122005
摘要

Molecular insight into the phase-separated interface formed when biodegradable polyesters and thermoplastic starch (TPS) are melt-blended is valuable for the design of composites. In this study, eight different interfaces combining four major biodegradable polyesters (PLA, PBS, PHB and PBAT) and two TPSs [unmodified TPS (nTPS) and citrate-modified TPS (cTPS)] were investigated by using molecular dynamics (MD) simulations. According to the MD simulation results, PBS, PHB and PBAT diffuse readily into the TPS and form compatible interfaces, whereas PLA is less compatible with the TPS. The results of tensile simulations show that PBS and PBAT adhere well to TPS; in particular, PBS/cTPS and PBAT/cTPS exhibit high interfacial-fracture energy (G). Both PLA and PHB blended with TPS exhibit low G because PLA is less compatible with TPS and PHB and TPS have low electrostatic interaction. The reason for the high G of PBS/cTPS and PBAT/cTPS is thought to be a combination of three factors: (i) formation of a deep compatible interface, (ii) suppression of void growth by electrostatic interactions and (iii) absorption of strain energy by a change in the conformation of the molecular chains. These three interfacial adhesion mechanisms should be considered when designing biodegradable polyester/TPS blends with good mechanical properties.
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