Milyen lebomló polimerekkel keverhető a PBAT?

A polibutilén-tereftalát (PBAT) egy új típusú, teljesen biológiailag lebomló alifás-aromás kopoliészter, amelynek láncszegmensei a hosszú szénláncú alifás szénhidrogének rugalmasságát az aromás gyűrűk merevségével ötvözik, így kiváló rugalmasságot biztosítva. Ennek eredményeként a PBAT a biológiailag lebomló műanyagok kutatásában és jó piaci alkalmazásaiban az egyik legaktívabb lebomló anyaggá vált. Az aromás PBT láncszegmensek jelenléte a molekuláris láncban azonban viszonylag lassú lebomlási sebességet eredményez. Alacsony kristályossággal és magas viszkozitással is rendelkezik, ami miatt nagyon érzékeny a tapadásra. Ezenkívül az anyag viszonylag drága, ami tovább korlátozza piaci fejlődését és alkalmazását. Ezért a költségek csökkentése és a nagy teljesítményű lebomló műanyagok előállítása érdekében tanulmányozni kell a PBAT módosítását. A PBAT biológiailag lebomló polimerekkel való keverése egy bevált módosítási módszer, amely javíthatja a PBAT egyéb tulajdonságait anélkül, hogy befolyásolná a lebonthatóságát, és egyes biológiailag lebomló polimerek szintén fokozhatják a PBAT lebomlási sebességét.

-PBAT keverve PLA-val-

A politejsav (PLA), az egyik legtöbbet kutatott és kereskedelmileg legsikeresebb biológiailag lebomló anyag, kiváló fényességi és záróképességekkel rendelkezik, de hátrányai közé tartozik, hogy kemény és kevésbé szívós, valamint nem rendelkezik rugalmassággal és elaszticitással. Ezért a nagy szívósságú PBAT és a PLA keverése nemcsak a PLA szívósságát javíthatja, hanem felgyorsíthatja a PBAT bomlási sebességét is.

Megállapították, hogy a PLA hozzáadása jelentősen javítja a keverék szakítószilárdságát anélkül, hogy befolyásolná a PBAT kristályos tulajdonságait; és hogy a megnövekedett olvadékviszkozitás javítja a PBAT-filmek stabilitását a feldolgozás és az alakítás során.

Mivel a PBAT és a PLA inkompatibilis rendszerek, jelenleg több kutatás folyik a kettő közötti kompatibilitás javítására, ami jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkező keverékeket eredményez. Például a glicidil-metakrilát (GMA) 3-5 tömegszázalékos beépítése a PLA/PBAT keverékek ütésállóságát 26.5%-ra, illetve 51.7%-ra növelheti, miközben javítja a PBAT diszperzióját a PLA-ban. Ezenkívül a lánchosszabbító hozzáadása jelentősen csökkentheti a kettő közötti határfelületi feszültséget, ami nagymértékben javítja a PBAT/PLA fóliák képlékenységét; a multifunkcionális csoportos lágyító és kondenzátor hozzáadása jó kapacitást és lágyító hatást eredményezhet a PBAT/PLA keverékeken, miközben javítja a feldolgozási tulajdonságokat.

-PBAT PPC-vel keverve-

A polipropilén-karbonát (PPC) egykörnyezetbarát műanyagIpari hulladék szén-dioxid és propilén-oxid váltakozó kopolimerizációjával állítják elő, amely lebontható és kiválóan ellenáll az áteresztőképességnek. Azonban amorf anyag, az üvegesedési hőmérséklete csak 30-40°C, alacsony hőmérsékleten szívós, magas hőmérsékleten gyenge méretstabilitású, filmképződési nehézségekkel és egyéb hátrányokkal rendelkezik. A PPC és a PBAT keverése nemcsak a PPC feldolgozhatóságát javítja, hanem a PBAT számára kiválóbb összteljesítményt is biztosít, és a kapott kompozit anyag nagy fejlesztési teret kap az eldobható élelmiszer-csomagolásokban, orvosi anyagokban stb.

Mivel a PPC frakció amorf a kevert rendszerben, a PBAT/PPC kompozit film mikrokristályos mérete csökken; a PPC beépítése nagymértékben javítja a kompozit film szakítószilárdságát és gázzáró tulajdonságait, miközben biztosítja a mátrix biológiai lebonthatóságát. Ezenkívül a PPC és a PBAT jelenléte hatékonyan javítja a keverékek termikus stabilitását, kristályosságát és mechanikai tulajdonságait; ha a PPC tömegaránya mindössze 10%, a keverékek kristályosodási hőmérséklete 37.5°C-ról 66.8°C-ra emelkedik, ami megkönnyíti a fúvott filmképződési folyamatot.

Mivel a PBAT egy kristályos polimer és nagy poláris molekulalánccal rendelkezik, kompatibilitási problémákat okoz a PPC-vel. A lánchosszabbító trifenilmetán-triizocianát bevezetése a PBAT/PPC fólia szakító- és szakítószilárdságának jelentős növekedését eredményezte mind hossz-, mind keresztirányban; a monoglicerid-sztearát nyitóanyag bevezetése szintén javította a fólia stabilitását fúvás közben. Ezenkívül az etilén-metil-akrilát-glicidil-metakrilát (EMA-GMA) térfogatnövelő szer hozzáadása a PPC és a PBAT keverékéhez nemcsak a fúvott fólia feldolgozási stabilitását és minőségét javítja, hanem hatékonyan javítja annak mechanikai tulajdonságait, oxigénzáró és UV-védő tulajdonságait is.

-PBAT PBS-sel keverve-

A polibutilén-szukcinát (PBS) a meglévő biológiailag lebomló műanyagok közül a legjobb feldolgozási teljesítménnyel rendelkezik, kiváló mechanikai tulajdonságokkal; alacsony viszkozitása azonban gyenge olvadékszilárdsághoz vezet, ami nem kedvez a fúvással vagy öntéssel történő feldolgozásnak, és a termékek bizonyos mértékben ridegek. Ezért a PBAT és a PBS módosított keverékeinek használatával mindkét anyag előnyei kombinálhatók a hibák kiküszöbölésére, és a kapott termékek felhasználhatók csomagolásban, asztali edényekben, mezőgazdasági fóliákban, orvosbiológiai anyagokban és más területeken.

Általánosságban elmondható, hogy a PBAT/PBS keverékek PBS-tartalma nem lehet túl magas, körülbelül 25% az ideális. Megállapították, hogy a PBAT/PBS keverékek nagy szakítószilárdsági modulust és nagy szakadási nyúlást mutatnak, ha a PBS tömegaránya 25%; ha a PBS-tartalom túl magas, a termékek erősen rideggé válnak.

-PBAT PHBV-vel keverve-

A poli(pentil-hidroxibutirát) (PHBV) egy természetes, megújuló anyagokból előállított bioanyag, amelyet mikroorganizmusokban tárolt szénforrással és energiával fermentációval szintetizálnak, jó biológiai lebonthatósággal és biokompatibilitással rendelkezik; azonban hátrányai is vannak, mint például a gyenge hőstabilitás és a gyenge kristályosodási tulajdonságok. Ezért a PBAT-val való keverése javíthatja a PHBV kristályos tulajdonságait, és fokozhatja az anyag feldolgozási és alkalmazási tulajdonságait.

A PHBV és a PBAT keveréke jobb feldolgozhatóságot és fóliatulajdonságokat mutat; a fólia mechanikai tulajdonságai pedig megfelelnek a kereskedelmi élelmiszer-csomagoló fóliák tulajdonságainak, szakadási nyúlásuk akár 750% is lehet.

-PBAT PGA-val keverve-

A poliglikolsav (PGA) hasonló molekulaszerkezettel és teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, mint a PLA, de kiválóbb lebomlási és záró tulajdonságokkal rendelkezik; nemcsak az alapanyag ára alacsony, hanem a nagy szakítószilárdság és a magas hőhajlítási hőmérséklet előnyeivel is rendelkezik. Ezért a PGA kiválasztása a PBAT keverési módosításához nagy alkalmazási lehetőségeket kínál az eldobható termékek, például hőálló evőeszközök, biológiailag lebomló fóliatasakok és zárócsomagolások területén.

Megállapították, hogy a 20%-os PGA tömegarányú PBAT/PGA kompozitok szakítószilárdsága 25 MPa, szakadási nyúlása pedig meghaladja a 600%-ot, így fóliatermékek előállítására alkalmasak; a 80%-os PGA tömegarányú PBAT/PGA kompozitok 120°C-os hőhajlítási hőmérséklettel rendelkeznek, miközben javítják a szívósságot, így eldobható evőeszközök előállítására alkalmasak; eközben a PGA hozzáadása jelentősen javíthatja a PBAT/PGA kompozit fóliák vízgőzzáró képességét.

A PLA-hoz hasonlóan a PGA és a PBAT közötti kompatibilitás gyenge, ezért megfelelő kompatibilizálószereket kell választani a rendszer diszperziójának javítása érdekében. Például a 4,4′-ilidénbisz(izocianátfenil) (MDI) használható a PBAT/PGA kompozitok in situ kapacitálására. Az MDI-vel való sikeres reakció a keverékek határfelületi tapadásának jelentős növekedését és az ütési szilárdság 9.0 kJ/m2-ről 22.2 kJ/m2-re történő jelentős növekedését eredményezte; valamint a kristályosság és a gömbkristály-méret csökkenését, ami hozzájárult a kompozitok fokozott szívósságához és hőstabilitásához.

-PBAT keverve PVB-vel-

A polivinil-butirál (PVB) polivinil-alkohol és n-butiraldehid savkatalizált kondenzációjának terméke, újrahasznosított részeiben bizonyos mennyiségű lágyítószerrel. Molekulaszerkezetének köszönhetően a PVB nagy szakítószilárdsággal, ütésállósággal, nagyfokú átlátszósággal, rugalmassággal és lebonthatósággal rendelkezik. Kiemelt újrahasznosított anyagként a PVB nagy mennyiségben és alacsony áron kapható, így módosított anyagként való kiválasztása nagy fejlesztési előnyökkel jár. A PVB alacsony koncentrációja növeli a PBAT kristályosodási hőmérsékletét; a PBAT/PVB kompatibilitását és mechanikai tulajdonságait a kondenzátor ionomer és a PVB együttes hatása javítja.