Cu ce ​​polimeri degradabili poate fi amestecat PBAT?

Tereftalatul de polibutilenă (PBAT) este un nou tip de copoliester alifatic-aromatic complet biodegradabil, cu segmente de lanț care combină flexibilitatea hidrocarburilor alifatice cu lanț lung cu rigiditatea inelelor aromatice, conferindu-i o flexibilitate excelentă. Drept urmare, PBAT a devenit unul dintre cele mai active materiale degradabile în cercetarea materialelor plastice biodegradabile și are bune aplicații pe piață. Cu toate acestea, prezența segmentelor de lanț PBT aromatice în lanțul molecular are ca rezultat o rată de degradare relativ lentă. De asemenea, are o cristalinitate scăzută și o vâscozitate ridicată, ceea ce îl face foarte susceptibil la aderență. În plus, materialul este relativ scump, limitând și mai mult dezvoltarea și aplicarea sa pe piață. Prin urmare, pentru a reduce costurile și a obține materiale plastice degradabile de înaltă performanță, trebuie studiată modificarea PBAT. Amestecarea PBAT cu polimeri biodegradabili este o metodă dovedită de modificare, care poate îmbunătăți alte proprietăți fără a afecta degradabilitatea PBAT, iar unii polimeri biodegradabili pot, de asemenea, să crească rata de degradare a PBAT.

-PBAT amestecat cu PLA-

Acidul polilactic (PLA), unul dintre cele mai cercetate și de succes materiale biodegradabile din punct de vedere comercial, are proprietăți excelente de luciu și barieră, dar prezintă și dezavantajele de a fi dur și mai puțin rezistent, lipsit de flexibilitate și elasticitate. Prin urmare, amestecarea PBAT cu rezistență ridicată cu PLA nu numai că poate îmbunătăți rezistența PLA, dar poate și accelera rata de descompunere a PBAT.

S-a constatat că adăugarea de PLA îmbunătățește semnificativ rezistența la tracțiune a amestecului fără a afecta proprietățile cristaline ale PBAT; și că vâscozitatea crescută a topiturii îmbunătățește stabilitatea peliculelor de PBAT în timpul procesării și formării.

Întrucât PBAT și PLA sunt sisteme incompatibile, în prezent se desfășoară mai multe cercetări pe îmbunătățirea compatibilității dintre cele două, rezultând amestecuri cu proprietăți mecanice mai bune. De exemplu, încorporarea metacrilatului de glicidil (GMA) într-o fracție de masă de 3% până la 5% poate crește rezistența la impact a amestecurilor PLA/PBAT la 26.5% și 51.7%, îmbunătățind în același timp dispersia PBAT în PLA. În plus, adăugarea unui agent de extindere a lanțului poate reduce semnificativ tensiunea interfacială dintre cele două, ceea ce îmbunătățește considerabil ductilitatea peliculelor PBAT/PLA; adăugarea unui plastifiant multifuncțional și a unui condensator poate produce o capacitate bună și un efect de plastifiere asupra amestecurilor PBAT/PLA, îmbunătățind în același timp proprietățile de procesare.

-PBAT amestecat cu PPC-

Carbonatul de polipropilenă (PPC) este unplastic ecologicFabricat prin copolimerizarea alternativă a dioxidului de carbon din deșeuri industriale și a oxidului de propilenă, acesta prezintă degradabilitate și o rezistență excelentă la permeabilitate. Cu toate acestea, este un material amorf, temperatura de tranziție vitroasă este de numai 30-40°C, are rezistență la temperaturi scăzute, stabilitate dimensională slabă la temperaturi ridicate, dificultăți de formare a peliculei și alte dezavantaje. Amestecarea PPC cu PBAT nu numai că îmbunătățește capacitatea de procesare a PPC, dar oferă și PBAT o performanță generală excelentă, iar materialul compozit rezultat va avea un mare potențial de dezvoltare în ambalajele alimentare de unică folosință, materialele medicale etc.

Deoarece fracția de PPC este amorfă în sistemul amestecat, dimensiunea microcristalină a peliculei compozite PBAT/PPC este redusă; încorporarea PPC îmbunătățește considerabil rezistența la tracțiune și proprietățile de barieră la gaze ale peliculei compozite, asigurând în același timp biodegradabilitatea matricei. În plus, prezența PPC și PBAT îmbunătățește eficient stabilitatea termică, cristalinitatea și proprietățile mecanice ale amestecurilor; atunci când este prezentă doar 10% PPC în masă, temperatura de cristalizare a amestecurilor crește de la 37.5°C la 66.8°C, ceea ce facilitează procesul de formare a peliculei prin suflare.

Deoarece PBAT este un polimer cristalin și are un lanț molecular polar mare, acesta prezintă și probleme de compatibilitate cu PPC. Introducerea agentului de extindere a lanțului trifenilmetan triizocianat a dus la o creștere semnificativă a rezistenței la tracțiune și la rupere a peliculei PBAT/PPC atât în ​​direcția longitudinală, cât și în cea transversală; introducerea agentului de deschidere stearat de monogliceridă a îmbunătățit, de asemenea, stabilitatea peliculei în timpul suflarii. În plus, adăugarea agentului de încărcare etilen metil acrilat - glicidil metacrilat (EMA-GMA) la amestecul de PPC și PBAT nu numai că îmbunătățește stabilitatea procesării și calitatea peliculei suflate, dar îmbunătățește eficient și proprietățile sale mecanice, bariera la oxigen și proprietățile de ecranare UV.

-PBAT amestecat cu PBS-

Succinatul de polibutilenă (PBS) are cea mai bună performanță de procesare dintre materialele plastice biodegradabile existente, cu proprietăți mecanice excelente; cu toate acestea, vâscozitatea sa scăzută duce la o rezistență slabă la topire, ceea ce nu este propice procesării prin suflare sau turnare, iar produsele prezintă o anumită fragilitate. Prin urmare, prin utilizarea amestecurilor modificate cu PBAT și PBS, avantajele ambelor pot fi combinate pentru a compensa defectele, iar produsele realizate pot fi utilizate în ambalaje, articole de masă, folii agricole, materiale biomedicale și alte domenii.

În general, conținutul de PBS în amestecurile PBAT/PBS nu ar trebui să fie prea mare, aproximativ 25% fiind o valoare adecvată. S-a constatat că amestecurile PBAT/PBS prezintă un modul de tracțiune ridicat și o alungire la rupere ridicată atunci când fracția masică de PBS este de 25%; odată ce conținutul de PBS este prea mare, produsele prezintă o fragilitate puternică.

-PBAT amestecat cu PHBV-

Poli(pentil hidroxibutiratul) (PHBV) este un biomaterial fabricat din materiale naturale regenerabile, sintetizat prin fermentare cu o sursă de carbon și energie stocată în microorganisme, care are o biodegradabilitate și o biocompatibilitate bune; cu toate acestea, prezintă și dezavantaje, cum ar fi stabilitatea termică slabă și proprietățile slabe de cristalizare. Prin urmare, amestecarea sa cu PBAT poate îmbunătăți proprietățile cristaline ale PHBV și poate spori proprietățile de procesare și aplicare ale materialului.

Amestecul de PHBV și PBAT prezintă o procesabilitate și proprietăți ale peliculei mai bune; iar proprietățile mecanice ale peliculei sunt în concordanță cu cele ale peliculelor comerciale pentru ambalarea alimentelor, cu deformații la rupere de până la 750%.

-PBAT amestecat cu PGA-

Acidul poliglicolic (PGA) are o structură moleculară și caracteristici de performanță similare cu PLA, dar are proprietăți de degradare și barieră superioare; nu numai că este un cost redus al materiei prime, dar are și avantajele unei rezistențe ridicate la tracțiune și a unei temperaturi ridicate de deviere la căldură. Prin urmare, alegerea PGA pentru modificarea amestecului PBAT are un mare potențial pentru aplicații în domeniul produselor de unică folosință, cum ar fi vesela rezistentă la căldură, pungile de folie biodegradabile și ambalajele cu barieră.

S-a constatat că compozitele PBAT/PGA cu o fracție de masă PGA de 20% au o rezistență la tracțiune de 25 MPa și o alungire la rupere de peste 600%, putând fi utilizate pentru fabricarea de produse din film; compozitele PBAT/PGA cu o fracție de masă PGA de 80% au o temperatură de deviere termică de 120°C, îmbunătățind în același timp rezistența, putând fi utilizate pentru fabricarea de veselă de unică folosință; între timp, adăugarea de PGA poate îmbunătăți semnificativ performanța barierei de vapori de apă a peliculelor compozite PBAT/PGA.

Similar PLA, compatibilitatea dintre PGA și PBAT este slabă, așadar trebuie selectați agenți de compatibilizare adecvați pentru a îmbunătăți dispersia sistemului. De exemplu, 4,4′-ilidenbis(izocianatofenil) (MDI) poate fi utilizat pentru capacitarea in situ a compozitelor PBAT/PGA. Reacția reușită cu MDI a dus la o creștere semnificativă a aderenței interfaciale a amestecurilor și la o creștere semnificativă a rezistenței la impact de la 9.0 kJ/m2 la 22.2 kJ/m2; și la o reducere a cristalinității și a dimensiunii sferice a cristalelor, ceea ce a contribuit la creșterea rezistenței compozitelor și a stabilității lor termice.

-PBAT amestecat cu PVB-

Butiralul polivinilic (PVB) este produsul condensării catalizate de acid a alcoolului polivinilic și a n-butiraldehidei, cu o anumită cantitate de plastifiant în deșeurile reciclate. Datorită structurii sale moleculare, PVB este înzestrat cu o combinație de rezistență ridicată la tracțiune, rezistență la impact, transparență ridicată, flexibilitate și degradabilitate. Ca material reciclat de margine, PVB este disponibil în cantități mari și la prețuri mici, așadar alegerea sa ca material modificat prezintă avantaje majore în dezvoltare. Concentrația scăzută de PVB crește temperatura de cristalizare a PBAT; compatibilitatea și proprietățile mecanice ale PBAT/PVB sunt îmbunătățite prin acțiunea comună a ionomerului de condensator și a PVB.