С какими разлагаемыми полимерами можно смешивать PBAT?

Полибутилентерефталат (PBAT) — это новый тип полностью биоразлагаемого алифатического-ароматического сополиэфира с сегментами цепи, которые сочетают гибкость длинноцепочечных алифатических углеводородов с жесткостью ароматических колец, что придает ему превосходную гибкость. В результате PBAT стал одним из самых активных разлагаемых материалов в исследованиях биоразлагаемых пластиков и хороших рыночных приложениях. Однако наличие ароматических сегментов цепи PBT в молекулярной цепи приводит к относительно медленной скорости разложения. Он также имеет низкую кристалличность и высокую вязкость, что делает его весьма восприимчивым к адгезии. Кроме того, материал относительно дорогой, что еще больше ограничивает его развитие на рынке и применение. Поэтому для снижения стоимости и получения высокопроизводительных разлагаемых пластиков необходимо изучить модификацию PBAT. Смешивание PBAT с биоразлагаемыми полимерами является проверенным методом модификации, который может улучшить другие свойства, не влияя на разлагаемость PBAT, а некоторые биоразлагаемые полимеры также могут повысить скорость разложения PBAT.

-PBAT смешанный с PLA-

Полимолочная кислота (PLA), один из наиболее исследованных и коммерчески успешных биоразлагаемых материалов, обладает превосходными свойствами блеска и барьерными свойствами, но также имеет недостатки, такие как твердость и меньшая прочность, отсутствие гибкости и эластичности. Поэтому смешивание высокопрочного PBAT с PLA может не только улучшить прочность PLA, но и ускорить скорость разложения PBAT.

Было обнаружено, что добавление PLA значительно повышает прочность смеси на разрыв, не влияя на кристаллические свойства PBAT; а повышенная вязкость расплава улучшает стабильность пленок PBAT во время обработки и формования.

Поскольку PBAT и PLA являются несовместимыми системами, в настоящее время больше исследований направлено на улучшение совместимости между ними, что приводит к получению смесей с лучшими механическими свойствами. Например, включение глицидилметакрилата (GMA) в массовой доле от 3% до 5% может увеличить ударную вязкость смесей PLA/PBAT до 26.5% и 51.7%, одновременно улучшая дисперсию PBAT в PLA. Кроме того, добавление удлинителя цепи может значительно снизить межфазное натяжение между ними, что значительно улучшает пластичность пленок PBAT/PLA; добавление многофункционального группового пластификатора и конденсатора может обеспечить хорошую емкость и пластифицирующий эффект для смесей PBAT/PLA, одновременно улучшая свойства обработки.

-PBAT смешанный с PPC-

Полипропиленкарбонат (ППК) — этоэкологически чистый пластикизготовленный путем чередующейся сополимеризации промышленных отходов углекислого газа и пропиленоксида, который обладает способностью к разложению и превосходной устойчивостью к проницаемости. Однако это аморфный материал, температура стеклования составляет всего 30-40°C, и он имеет низкотемпературную прочность, низкотемпературную размерную стабильность, трудности с образованием пленки и другие недостатки. Смешивание PPC с PBAT не только улучшает технологичность PPC, но и обеспечивает PBAT более превосходными общими характеристиками, и полученный композитный материал будет иметь большие возможности для разработки в одноразовой упаковке для пищевых продуктов, медицинских материалах и т. д.

Поскольку фракция PPC является аморфной в смешанной системе, микрокристаллический размер композитной пленки PBAT/PPC уменьшается; включение PPC значительно улучшает прочность на разрыв и газобарьерные свойства композитной пленки, обеспечивая при этом биоразлагаемость матрицы. Кроме того, присутствие PPC и PBAT эффективно улучшает термическую стабильность, кристалличность и механические свойства смесей; когда присутствует только 10% PPC по массе, температура кристаллизации смесей увеличивается с 37.5°C до 66.8°C, что облегчает процесс формования пленки методом экструзии с раздувом.

Поскольку PBAT является кристаллическим полимером и имеет большую полярную молекулярную цепь, у него также есть проблемы совместимости с PPC. Введение удлинителя цепи трифенилметантриизоцианата привело к значительному увеличению прочности на разрыв и разрыв пленки PBAT/PPC как в продольном, так и в поперечном направлениях; введение открывающего агента моноглицеридстеарата также улучшило стабильность пленки во время выдува. Кроме того, добавление наполнителя этиленметилакрилата – глицидилметакрилата (EMA-GMA) к смеси PPC и PBAT не только улучшает стабильность обработки и качество выдуваемой пленки, но и эффективно улучшает ее механические свойства, барьерные свойства по отношению к кислороду и свойства защиты от УФ-излучения.

-PBAT в смеси с PBS-

Полибутиленсукцинат (PBS) имеет наилучшие показатели обработки среди существующих биоразлагаемых пластиков, обладая превосходными механическими свойствами; однако его низкая вязкость приводит к плохой прочности расплава, что не способствует переработке методом выдувного формования или литья, а продукты обладают определенной хрупкостью. Таким образом, используя модифицированные смеси PBAT и PBS, можно объединить преимущества обоих, чтобы компенсировать недостатки, и полученные продукты можно использовать в упаковке, посуде, сельскохозяйственных пленках, биомедицинских материалах и других областях.

В целом, содержание PBS в смесях PBAT/PBS не должно быть слишком высоким, около 25% является приемлемым. Было обнаружено, что смеси PBAT/PBS демонстрируют высокий модуль упругости при растяжении и высокое удлинение при разрыве, когда массовая доля PBS составляет 25%; как только содержание PBS слишком велико, продукты проявляют сильную хрупкость.

-PBAT в смеси с PHBV-

Поли(пентилгидроксибутират) (PHBV) — это биоматериал, изготовленный из природных возобновляемых материалов, синтезированный путем ферментации с источником углерода и энергией, хранящейся в микроорганизмах, который обладает хорошей биоразлагаемостью и биосовместимостью; однако он также имеет недостатки, такие как плохая термическая стабильность и плохие свойства кристаллизации. Поэтому смешивание его с PBAT может улучшить кристаллические свойства PHBV и улучшить свойства обработки и применения материала.

Смесь PHBV и PBAT демонстрирует лучшую обрабатываемость и свойства пленки; механические свойства пленки соответствуют свойствам коммерческих пленок для упаковки пищевых продуктов, с деформацией до 750% при разрыве.

-PBAT, смешанный с PGA-

Полигликолевая кислота (PGA) имеет молекулярную структуру и эксплуатационные характеристики, схожие с PLA, но она обладает более превосходными свойствами деградации и барьерными свойствами; не только низкая стоимость сырья, но и преимущества высокой прочности на разрыв и высокой температуры изгиба при нагревании. Поэтому выбор PGA для модификации смешивания PBAT имеет большой потенциал для применения в области одноразовых изделий, таких как термостойкая посуда, биоразлагаемые пленочные пакеты и барьерная упаковка.

Было установлено, что композиты PBAT/PGA с массовой долей PGA 20% имеют предел прочности на разрыв 25 МПа и относительное удлинение при разрыве более 600%, что может быть использовано для изготовления пленочных изделий; композиты PBAT/PGA с массовой долей PGA 80% имеют температуру тепловой деформации 120°C при улучшенной ударной вязкости, что может быть использовано для изготовления одноразовой посуды; между тем, добавление PGA Добавление PGA может значительно улучшить барьерные свойства пленок из композитов PBAT/PGA по отношению к водяному пару.

Подобно PLA, совместимость между PGA и PBAT плохая, поэтому необходимо выбрать подходящие компатибилизаторы для улучшения дисперсии системы. Например, 4,4′-илиденбис(изоцианатофенил) (MDI) может быть использован для in situ capacitate композитов PBAT/PGA. Успешная реакция с MDI привела к значительному увеличению межфазной адгезии смесей и значительному увеличению ударной вязкости с 9.0 кДж/м2 до 22.2 кДж/м2; а также к снижению кристалличности и сферического размера кристаллов, что способствовало повышению прочности композитов и их термической стабильности.

-PBAT, смешанный с PVB-

Поливинилбутираль (ПВБ) является продуктом кислотно-катализируемой конденсации поливинилового спирта и н-бутиральдегида с определенным количеством пластификатора в его переработанных обрезках. Благодаря своей молекулярной структуре ПВБ наделен сочетанием высокой прочности на разрыв, ударопрочности, высокой прозрачности, гибкости и разлагаемости. Как перерабатываемый материал кромки ПВБ доступен в больших количествах и по низким ценам, поэтому его выбор в качестве модифицированного материала имеет большие преимущества для разработки. Низкая концентрация ПВБ повышает температуру кристаллизации ПБАТ; совместимость и механические свойства ПБАТ/ПВБ улучшаются за счет совместного действия конденсаторного иономера и ПВБ.