Polimer terdegradasi apa yang dapat dicampur dengan PBAT?

Polibutilen tereftalat (PBAT) adalah jenis baru kopoliester alifatik-aromatik yang sepenuhnya dapat terurai secara hayati dengan segmen rantai yang menggabungkan fleksibilitas hidrokarbon alifatik rantai panjang dengan kekakuan cincin aromatik, sehingga memberikan fleksibilitas yang sangat baik. Hasilnya, PBAT telah menjadi salah satu bahan yang paling aktif terurai dalam penelitian plastik yang dapat terurai secara hayati dan aplikasi pasar yang baik. Namun, keberadaan segmen rantai PBT aromatik dalam rantai molekuler menghasilkan laju degradasi yang relatif lambat. Ia juga memiliki kristalinitas rendah dan viskositas tinggi, yang membuatnya sangat rentan terhadap adhesi. Selain itu, bahan tersebut relatif mahal, yang selanjutnya membatasi pengembangan dan aplikasi pasarnya. Oleh karena itu, untuk mengurangi biaya dan memperoleh plastik yang dapat terurai secara hayati berkinerja tinggi, modifikasi PBAT perlu dipelajari. Pencampuran PBAT dengan polimer yang dapat terurai secara hayati merupakan metode modifikasi yang terbukti, yang dapat meningkatkan sifat-sifat lain tanpa mempengaruhi kemampuan terurai PBAT, dan beberapa polimer yang dapat terurai secara hayati juga dapat meningkatkan laju degradasi PBAT.

-PBAT dicampur dengan PLA-

Asam polilaktat (PLA), salah satu bahan biodegradable yang paling banyak diteliti dan sukses secara komersial, memiliki sifat kilap dan penghalang yang sangat baik, tetapi juga memiliki kelemahan karena keras dan kurang kuat, kurang fleksibel dan elastis. Oleh karena itu, pencampuran PBAT berketangguhan tinggi dengan PLA tidak hanya dapat meningkatkan ketangguhan PLA, tetapi juga mempercepat laju dekomposisi PBAT.

Telah ditemukan bahwa penambahan PLA secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik campuran tanpa mempengaruhi sifat kristal PBAT; dan bahwa peningkatan viskositas leleh meningkatkan stabilitas film PBAT selama pemrosesan dan pembentukan.

Karena PBAT dan PLA merupakan sistem yang tidak kompatibel, saat ini lebih banyak penelitian yang dilakukan untuk meningkatkan kompatibilitas antara keduanya, sehingga menghasilkan campuran dengan sifat mekanis yang lebih baik. Misalnya, penambahan glisidil metakrilat (GMA) pada fraksi massa 3% hingga 5% dapat meningkatkan kekuatan impak campuran PLA/PBAT hingga 26.5% dan 51.7%, sekaligus meningkatkan dispersi PBAT dalam PLA. Selain itu, penambahan pemanjang rantai dapat secara signifikan mengurangi tegangan antarmuka antara keduanya, yang sangat meningkatkan keuletan film PBAT/PLA; penambahan plasticizer kelompok multifungsi dan kapasitor dapat menghasilkan kapasitansi dan efek plastisisasi yang baik pada campuran PBAT/PLA, sekaligus meningkatkan sifat pemrosesan.

-PBAT dicampur dengan PPC-

Polipropilena karbonat (PPC) adalahplastik ramah lingkungandibuat dengan cara kopolimerisasi karbon dioksida dan propilena oksida limbah industri secara bergantian, yang memiliki daya urai dan ketahanan yang sangat baik terhadap permeabilitas. Namun, ini adalah material amorf, suhu transisi kaca hanya 30-40°C, dan memiliki ketangguhan suhu rendah, stabilitas dimensi suhu tinggi buruk, kesulitan pembentukan film dan kerugian lainnya. Pencampuran PPC dengan PBAT tidak hanya meningkatkan kemampuan proses PPC, tetapi juga memberikan PBAT kinerja keseluruhan yang lebih baik, dan material komposit yang dihasilkan akan memiliki ruang pengembangan yang besar dalam kemasan makanan sekali pakai, bahan medis, dll.

Karena fraksi PPC bersifat amorf dalam sistem campuran, ukuran mikrokristalin dari film komposit PBAT/PPC berkurang; penggabungan PPC sangat meningkatkan kekuatan tarik dan sifat penghalang gas dari film komposit sekaligus memastikan biodegradabilitas matriks. Selain itu, keberadaan PPC dan PBAT secara efektif meningkatkan stabilitas termal, kristalinitas, dan sifat mekanis campuran; ketika hanya 10% PPC berdasarkan massa yang ada, suhu kristalisasi campuran meningkat dari 37.5°C menjadi 66.8°C, yang memfasilitasi proses pembentukan film tiup.

Karena PBAT merupakan polimer kristal dan memiliki rantai molekul polar yang besar, maka PBAT juga memiliki masalah kompatibilitas dengan PPC. Pengenalan pemanjang rantai trifenilmetana triisosianat menghasilkan peningkatan yang signifikan pada kekuatan tarik dan sobek film PBAT/PPC baik pada arah memanjang maupun melintang; pengenalan agen pembuka monogliserida stearat juga meningkatkan stabilitas film selama peniupan. Selain itu, penambahan agen pengisi etilen metil akrilat – glisidil metakrilat (EMA-GMA) ke dalam campuran PPC dan PBAT tidak hanya meningkatkan stabilitas pemrosesan dan kualitas film yang ditiup, tetapi juga secara efektif meningkatkan sifat mekanisnya, penghalang oksigen, dan sifat pelindung UV.

-PBAT digabungkan dengan PBS-

Polibutilena suksinat (PBS) memiliki kinerja pemrosesan terbaik di antara plastik biodegradable yang ada, dengan sifat mekanis yang sangat baik; namun, viskositasnya yang rendah menyebabkan kekuatan leleh yang buruk, yang tidak kondusif untuk pemrosesan dengan blow molding atau casting, dan produk memiliki kerapuhan tertentu. Oleh karena itu, dengan menggunakan campuran PBAT dan PBS yang dimodifikasi, keunggulan keduanya dapat digabungkan untuk menutupi cacat, dan produk yang dibuat dapat digunakan dalam kemasan, peralatan makan, film pertanian, bahan biomedis, dan bidang lainnya.

Secara umum, kandungan PBS dalam campuran PBAT/PBS tidak boleh terlalu tinggi, sekitar 25% sudah cukup. Telah ditemukan bahwa campuran PBAT/PBS menunjukkan modulus tarik tinggi dan perpanjangan putus tinggi ketika fraksi massa PBS adalah 25%; jika kandungan PBS terlalu tinggi, produk menunjukkan kerapuhan yang kuat.

-PBAT bercampur dengan PHBV-

Poli(pentil hidroksibutirat) (PHBV) merupakan biomaterial yang terbuat dari bahan alami terbarukan, disintesis melalui fermentasi dengan sumber karbon dan energi yang tersimpan dalam mikroorganisme, yang memiliki biodegradabilitas dan biokompatibilitas yang baik; namun, ia juga memiliki kekurangan seperti stabilitas termal yang buruk dan sifat kristalisasi yang buruk. Oleh karena itu, pencampurannya dengan PBAT dapat meningkatkan sifat kristal PHBV dan meningkatkan sifat pemrosesan dan aplikasi material tersebut.

Campuran PHBV dan PBAT menunjukkan kemampuan proses dan sifat film yang lebih baik; dan sifat mekanis film tersebut sejalan dengan sifat film pengemasan makanan komersial, dengan tegangan hingga 750% saat putus.

-PBAT dicampur dengan PGA-

Asam poliglikolat (PGA) memiliki struktur molekul dan karakteristik kinerja yang mirip dengan PLA, tetapi memiliki sifat degradasi dan penghalang yang lebih baik; tidak hanya biaya bahan bakunya rendah, tetapi juga memiliki keunggulan kekuatan tarik tinggi dan suhu defleksi panas tinggi. Oleh karena itu, pilihan PGA untuk modifikasi pencampuran PBAT memiliki potensi besar untuk aplikasi di bidang produk sekali pakai seperti peralatan makan tahan panas, kantong film biodegradable, dan kemasan penghalang.

Telah ditemukan bahwa komposit PBAT/PGA dengan fraksi massa PGA sebesar 20% memiliki kekuatan tarik sebesar 25 MPa dan perpanjangan putus lebih dari 600%, yang dapat digunakan untuk membuat produk film; komposit PBAT/PGA dengan fraksi massa PGA sebesar 80% memiliki suhu defleksi panas sebesar 120°C sekaligus meningkatkan ketangguhan, yang dapat digunakan untuk membuat peralatan makan sekali pakai; sementara itu, penambahan PGA dapat meningkatkan kinerja penghalang uap air dari film komposit PBAT/PGA secara signifikan.

Mirip dengan PLA, kompatibilitas antara PGA dan PBAT buruk, sehingga kompatibiliser yang sesuai perlu dipilih untuk meningkatkan dispersi sistem. Misalnya, 4,4′-ylidenebis(isocyanatophenyl) (MDI) dapat digunakan untuk mengkapasitas komposit PBAT/PGA secara in situ. Reaksi yang berhasil dengan MDI menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam adhesi antarmuka campuran dan peningkatan yang signifikan dalam kekuatan impak dari 9.0 kJ/m2 menjadi 22.2 kJ/m2; dan pengurangan kristalinitas dan ukuran kristal bulat, yang berkontribusi pada peningkatan ketangguhan komposit dan stabilitas termalnya.

-PBAT dicampur dengan PVB-

Polivinil butiral (PVB) merupakan produk kondensasi polivinil alkohol dan n-butiraldehida yang dikatalisis oleh asam, dengan sejumlah plasticizer dalam sisa daur ulangnya. Berkat struktur molekulnya, PVB memiliki kombinasi kekuatan tarik tinggi, ketahanan benturan, transparansi tinggi, fleksibilitas, dan kemampuan terurai. Sebagai material daur ulang tepi, PVB tersedia dalam jumlah besar dan harga murah, sehingga pemilihannya sebagai material yang dimodifikasi memiliki keuntungan pengembangan yang besar. Konsentrasi PVB yang rendah meningkatkan suhu kristalisasi PBAT; kompatibilitas dan sifat mekanis PBAT/PVB ditingkatkan melalui aksi gabungan kapasitor ionomer dan PVB.