PBAT có thể được pha trộn với những loại polyme phân huỷ nào?

Polybutylene terephthalate (PBAT) là một loại copolyester thơm-aliphatic hoàn toàn phân hủy sinh học với các phân đoạn chuỗi kết hợp tính linh hoạt của hydrocarbon aliphatic chuỗi dài với độ cứng của các vòng thơm, mang lại cho nó tính linh hoạt tuyệt vời. Do đó, PBAT đã trở thành một trong những vật liệu phân hủy hoạt động nhất trong nghiên cứu nhựa phân hủy sinh học và các ứng dụng thị trường tốt. Tuy nhiên, sự hiện diện của các phân đoạn chuỗi PBT thơm trong chuỗi phân tử dẫn đến tốc độ phân hủy tương đối chậm. Nó cũng có độ kết tinh thấp và độ nhớt cao, khiến nó dễ bị bám dính. Ngoài ra, vật liệu này tương đối đắt tiền, càng hạn chế sự phát triển và ứng dụng thị trường của nó. Do đó, để giảm chi phí và thu được nhựa phân hủy hiệu suất cao, cần phải nghiên cứu việc biến đổi PBAT. Pha trộn PBAT với polyme phân hủy sinh học là một phương pháp biến đổi đã được chứng minh, có thể cải thiện các tính chất khác mà không ảnh hưởng đến khả năng phân hủy của PBAT và một số polyme phân hủy sinh học cũng có thể tăng cường tốc độ phân hủy của PBAT.

-PBAT pha trộn với PLA-

Axit polylactic (PLA), một trong những vật liệu phân hủy sinh học được nghiên cứu nhiều nhất và thành công nhất về mặt thương mại, có độ bóng và tính chất rào cản tuyệt vời, nhưng cũng có nhược điểm là cứng và kém dai, thiếu tính linh hoạt và đàn hồi. Do đó, việc pha trộn PBAT có độ dai cao với PLA không chỉ có thể cải thiện độ dai của PLA mà còn đẩy nhanh tốc độ phân hủy của PBAT.

Người ta nhận thấy rằng việc bổ sung PLA cải thiện đáng kể độ bền kéo của hỗn hợp mà không ảnh hưởng đến tính chất tinh thể của PBAT; và độ nhớt nóng chảy tăng lên giúp cải thiện độ ổn định của màng PBAT trong quá trình xử lý và tạo hình.

Vì PBAT và PLA là những hệ thống không tương thích, nên hiện nay có nhiều nghiên cứu hơn dựa trên việc cải thiện khả năng tương thích giữa hai hệ thống này, tạo ra các hỗn hợp có tính chất cơ học tốt hơn. Ví dụ, việc kết hợp glycidyl methacrylate (GMA) ở tỷ lệ khối lượng từ 3% đến 5% có thể làm tăng cường độ va đập của hỗn hợp PLA/PBAT lên 26.5% và 51.7%, đồng thời cải thiện khả năng phân tán của PBAT trong PLA. Ngoài ra, việc bổ sung chất kéo dài chuỗi có thể làm giảm đáng kể sức căng giao diện giữa hai hệ thống, giúp cải thiện đáng kể độ dẻo của màng PBAT/PLA; việc bổ sung chất hóa dẻo nhóm đa chức năng và tụ điện có thể tạo ra hiệu ứng điện dung và hóa dẻo tốt trên hỗn hợp PBAT/PLA, đồng thời cải thiện các tính chất xử lý.

-PBAT pha trộn với PPC-

Polypropylen cacbonat (PPC) là mộtnhựa thân thiện với môi trườngđược tạo ra bằng cách đồng trùng hợp xen kẽ giữa cacbon dioxit thải công nghiệp và propylen oxit, có khả năng phân hủy và khả năng chống thấm tuyệt vời. Tuy nhiên, đây là vật liệu vô định hình, nhiệt độ chuyển thủy tinh chỉ 30-40°C, độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp, độ ổn định kích thước ở nhiệt độ cao kém, khó tạo màng và các nhược điểm khác. Việc pha trộn PPC với PBAT không chỉ cải thiện khả năng xử lý của PPC mà còn cung cấp cho PBAT hiệu suất tổng thể tuyệt vời hơn và vật liệu composite thu được sẽ có không gian phát triển lớn trong bao bì thực phẩm dùng một lần, vật liệu y tế, v.v.

Vì phần PPC vô định hình trong hệ thống pha trộn, kích thước vi tinh thể của màng composite PBAT/PPC bị giảm; việc kết hợp PPC cải thiện đáng kể độ bền kéo và các đặc tính rào cản khí của màng composite đồng thời đảm bảo khả năng phân hủy sinh học của ma trận. Ngoài ra, sự hiện diện của PPC và PBAT cải thiện hiệu quả độ ổn định nhiệt, độ kết tinh và các đặc tính cơ học của hỗn hợp; khi chỉ có 10% PPC theo khối lượng, nhiệt độ kết tinh của hỗn hợp tăng từ 37.5°C lên 66.8°C, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo màng thổi.

Vì PBAT là một polyme tinh thể và có một chuỗi phân tử phân cực lớn, nên nó cũng có vấn đề về khả năng tương thích với PPC. Việc đưa chất kéo dài chuỗi triphenylmethane triisocyanate vào đã làm tăng đáng kể độ bền kéo và độ bền xé của màng PBAT/PPC theo cả chiều dọc và chiều ngang; việc đưa chất mở monoglyceride stearate vào cũng cải thiện độ ổn định của màng trong quá trình thổi. Ngoài ra, việc bổ sung chất tạo khối ethylene methyl acrylate – glycidyl methacrylate (EMA-GMA) vào hỗn hợp PPC và PBAT không chỉ cải thiện độ ổn định trong quá trình xử lý và chất lượng của màng thổi mà còn cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học, khả năng cản oxy và khả năng che chắn tia UV của màng.

-PBAT kết hợp với PBS-

Polybutylene succinate (PBS) có hiệu suất xử lý tốt nhất trong số các loại nhựa phân hủy sinh học hiện có, với các đặc tính cơ học tuyệt vời; tuy nhiên, độ nhớt thấp của nó dẫn đến độ bền nóng chảy kém, không có lợi cho việc xử lý bằng khuôn thổi hoặc đúc, và các sản phẩm có độ giòn nhất định. Do đó, bằng cách sử dụng hỗn hợp PBAT và PBS đã biến đổi, những ưu điểm của cả hai có thể được kết hợp để bù đắp cho các khuyết điểm và các sản phẩm được tạo ra có thể được sử dụng trong bao bì, đồ dùng trên bàn ăn, màng nông nghiệp, vật liệu y sinh và các lĩnh vực khác.

Nhìn chung, hàm lượng PBS trong hỗn hợp PBAT/PBS không nên quá cao, khoảng 25% là phù hợp. Người ta thấy rằng hỗn hợp PBAT/PBS thể hiện mô đun kéo cao và độ giãn dài cao khi đứt khi phần khối lượng của PBS là 25%; khi hàm lượng PBS quá cao, sản phẩm thể hiện độ giòn mạnh.

-PBAT kết hợp với PHBV-

Poly(pentylhydroxybutyrate) (PHBV) là một vật liệu sinh học được làm từ vật liệu tái tạo tự nhiên, được tổng hợp bằng cách lên men với nguồn carbon và năng lượng được lưu trữ trong vi sinh vật, có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học tốt; tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm như độ ổn định nhiệt kém và tính chất kết tinh kém. Do đó, việc pha trộn nó với PBAT có thể cải thiện tính chất kết tinh của PHBV và tăng cường tính chất xử lý và ứng dụng của vật liệu.

Hỗn hợp PHBV và PBAT cho khả năng xử lý và tính chất màng tốt hơn; và tính chất cơ học của màng tương đương với màng đóng gói thực phẩm thương mại, với độ biến dạng lên tới 750% khi đứt.

-PBAT pha trộn với PGA-

Axit polyglycolic (PGA) có cấu trúc phân tử và đặc tính hiệu suất tương tự như PLA, nhưng nó có đặc tính phân hủy và rào cản tuyệt vời hơn; không chỉ chi phí nguyên liệu thấp mà còn có ưu điểm là độ bền kéo cao và nhiệt độ biến dạng nhiệt cao. Do đó, việc lựa chọn PGA để pha trộn PBAT có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực sản phẩm dùng một lần như đồ dùng ăn uống chịu nhiệt, túi màng phân hủy sinh học và bao bì rào cản.

Người ta nhận thấy rằng vật liệu composite PBAT/PGA với tỷ lệ khối lượng PGA là 20% có độ bền kéo là 25 MPa và độ giãn dài khi đứt trên 600%, có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm màng; vật liệu composite PBAT/PGA với tỷ lệ khối lượng PGA là 80% có nhiệt độ biến dạng nhiệt là 120°C trong khi cải thiện độ dẻo dai, có thể được sử dụng để sản xuất đồ dùng dùng một lần; trong khi đó, việc bổ sung PGA có thể cải thiện đáng kể hiệu suất ngăn hơi nước của màng composite PBAT/PGA.

Tương tự như PLA, khả năng tương thích giữa PGA và PBAT kém, do đó cần lựa chọn chất tương thích phù hợp để cải thiện khả năng phân tán của hệ thống. Ví dụ, 4,4′-ylidenebis(isocyanatophenyl) (MDI) có thể được sử dụng để dung dịch hóa tại chỗ các hợp chất PBAT/PGA. Phản ứng thành công với MDI dẫn đến sự gia tăng đáng kể về độ bám dính giao diện của các hỗn hợp và sự gia tăng đáng kể về cường độ va đập từ 9.0 kJ/m2 lên 22.2 kJ/m2; và giảm độ kết tinh và kích thước tinh thể hình cầu, góp phần tăng cường độ dẻo dai của các hợp chất và độ ổn định nhiệt của chúng.

-PBAT pha trộn với PVB-

Polyvinyl butyral (PVB) là sản phẩm của quá trình ngưng tụ xúc tác axit của polyvinyl alcohol và n-butyraldehyde, với một lượng chất dẻo nhất định trong phần cắt tái chế của nó. Do cấu trúc phân tử của nó, PVB được ban tặng sự kết hợp của độ bền kéo cao, khả năng chống va đập, độ trong suốt cao, tính linh hoạt và khả năng phân hủy. Là một vật liệu tái chế cạnh, PVB có sẵn với số lượng lớn và giá thành thấp, vì vậy việc lựa chọn nó làm vật liệu biến tính có những lợi thế phát triển lớn. Nồng độ PVB thấp làm tăng nhiệt độ kết tinh của PBAT; khả năng tương thích và các tính chất cơ học của PBAT/PVB được cải thiện nhờ tác động chung của ionomer tụ điện và PVB.