Са којим разградивим полимерима се ПБАТ може мешати?

Полибутилен терефталат (ПБАТ) је нови тип потпуно биоразградивог алифатично-ароматичног кополиестра са ланчаним сегментима који комбинују флексибилност дуголанчаних алифатичних угљоводоника са крутошћу ароматичних прстенова, дајући му одличну флексибилност. Као резултат тога, ПБАТ је постао један од најактивнијих биоразградивих материјала у истраживању биоразградиве пластике и добрим тржишним применама. Међутим, присуство ароматичних ПБТ ланчаних сегмената у молекуларном ланцу резултира релативно спором стопом разградње. Такође има ниску кристалност и висок вискозитет, што га чини веома подложним адхезији. Поред тога, материјал је релативно скуп, што додатно ограничава његов развој и примену на тржишту. Стога, како би се смањили трошкови и добиле високо ефикасне биоразградиве пластике, потребно је проучити модификацију ПБАТ-а. Мешање ПБАТ-а са биоразградивим полимерима је доказана метода модификације, која може побољшати друга својства без утицаја на разградивост ПБАТ-а, а неки биоразградиви полимери такође могу побољшати стопу разградње ПБАТ-а.

-ПБАТ помешан са ПЛА-

Полимлечна киселина (PLA), један од најистраженијих и комерцијално успешних биоразградивих материјала, има одлична својства сјаја и баријере, али такође има недостатке као што је тврда и мање жилава, недостаје јој флексибилност и еластичност. Стога, мешање PBAT-а високе жилавости са PLA може не само побољшати жилавост PLA, већ и убрзати брзину разградње PBAT-а.

Утврђено је да додавање PLA значајно побољшава затезну чврстоћу мешавине без утицаја на кристална својства PBAT-а; и да повећана вискозност растопљеног материјала побољшава стабилност PBAT филмова током обраде и обликовања.

Пошто су PBAT и PLA некомпатибилни системи, тренутно се више истраживања заснива на побољшању компатибилности између њих двоје, што резултира мешавинама са бољим механичким својствима. На пример, уградња глицидил метакрилата (GMA) у масеном уделу од 3% до 5% може повећати ударну чврстоћу мешавина PLA/PBAT на 26.5% и 51.7%, уз побољшање дисперзије PBAT-а у PLA. Поред тога, додавање продужетка ланца може значајно смањити међуповршинску напетост између њих двоје, што значајно побољшава дуктилност PBAT/PLA филмова; додавање мултифункционалног групног пластификатора и кондензатора може произвести добар ефекат капацитивности и пластификовања на мешавине PBAT/PLA, уз побољшање својстава обраде.

-ПБАТ помешан са ППЦ-

Полипропилен карбонат (ППЦ) јееколошки прихватљива пластикаНаправљен наизменичном кополимеризацијом индустријског отпада од угљен-диоксида и пропилен оксида, који има разградивост и одличну отпорност на пропустљивост. Међутим, то је аморфни материјал, температура преласка у стакласто стање је само 30-40°C, а постоји жилавост на ниским температурама, димензионална стабилност на високим температурама је лоша, тешкоће у формирању филма и други недостаци. Мешање PPC-а са PBAT-ом не само да побољшава процесне способности PPC-а, већ и пружа PBAT-у одличније укупне перформансе, а резултујући композитни материјал ће имати велики развојни простор у паковању за једнократну употребу хране, медицинским материјалима итд.

Пошто је фракција PPC аморфна у мешаном систему, микрокристална величина PBAT/PPC композитног филма је смањена; уградња PPC значајно побољшава затезну чврстоћу и својства гасне баријере композитног филма, истовремено обезбеђујући биоразградивост матрице. Поред тога, присуство PPC и PBAT ефикасно побољшава термичку стабилност, кристалност и механичка својства мешавина; када је присутно само 10% PPC по маси, температура кристализације мешавина се повећава са 37.5°C на 66.8°C, што олакшава процес формирања филма дувањем.

Пошто је ПБАТ кристални полимер и има велики поларни молекуларни ланац, он такође има проблема са компатибилношћу са ППЦ. Увођење продужетка ланца трифенилметан триизоцијаната резултирало је значајним повећањем затезне чврстоће и чврстоће на кидање ПБАТ/ППЦ филма у уздужном и попречном правцу; увођење средства за отварање моноглицерид стеарата такође је побољшало стабилност филма током дувања. Поред тога, додавање средства за повећање запремине етилен метил акрилата - глицидил метакрилата (ЕМА-ГМА) мешавини ППЦ и ПБАТ не само да побољшава стабилност обраде и квалитет дуваног филма, већ и ефикасно побољшава његова механичка својства, баријеру против кисеоника и својства заштите од УВ зрачења.

-ПБАТ помешан са ПБС-

Полибутилен сукцинат (PBS) има најбоље перформансе обраде међу постојећим биоразградивим пластикама, са одличним механичким својствима; међутим, његова ниска вискозност доводи до лоше чврстоће топљења, што није погодно за обраду дувањем или ливењем, а производи имају извесну кртост. Стога, коришћењем PBAT и PBS модификованих мешавина, предности оба могу се комбиновати како би се надокнадили недостаци, а направљени производи могу се користити у паковању, посуђу, пољопривредним филмовима, биомедицинским материјалима и другим областима.

Генерално, садржај PBS-а у PBAT/PBS мешавинама не би требало да буде превисок, око 25% је прикладно. Утврђено је да PBAT/PBS мешавине показују висок модул затезне чврстоће и високо издужење при прекиду када је масени удео PBS-а 25%; када је садржај PBS-а превисок, производи показују јаку кртост.

-PBAT помешан са PHBV-

Поли(пентил хидроксибутират) (PHBV) је биоматеријал направљен од природних обновљивих материјала, синтетисан ферментацијом са извором угљеника и енергијом ускладиштеном у микроорганизмима, који има добру биоразградивост и биокомпатибилност; међутим, има и недостатке као што су лоша термичка стабилност и лоша својства кристализације. Стога, мешање са PBAT-ом може побољшати кристална својства PHBV-а и побољшати својства обраде и примене материјала.

Мешавина PHBV и PBAT показује бољу обрадивост и својства филма; а механичка својства филма су у складу са својствима комерцијалних филмова за паковање хране, са напонима и до 750% при кидању.

-ПБАТ помешан са ПГА-

Полигликолна киселина (PGA) има сличну молекуларну структуру и карактеристике перформанси као PLA, али има одличнија својства разградње и заштите од отпорности на топлоту; не само да је цена сировине ниска, већ има и предности високе затезне чврстоће и високе температуре отпорности на топлоту. Стога, избор PGA за модификацију мешањем PBAT-а има велики потенцијал за примену у области производа за једнократну употребу као што су посуђе отпорно на топлоту, биоразградиве фолијске кесе и заштитне амбалаже.

Утврђено је да PBAT/PGA композити са масеним уделом PGA од 20% имају затезну чврстоћу од 25 MPa и издужење при прекиду преко 600%, што се може користити за израду филмских производа; PBAT/PGA композити са масеним уделом PGA од 80% имају температуру отпора топлоте од 120°C уз побољшану жилавост, што се може користити за израду посуђа за једнократну употребу; у међувремену, додавање PGA може значајно побољшати перформансе парне баријере PBAT/PGA композитних филмова.

Слично као код PLA, компатибилност између PGA и PBAT је лоша, тако да је потребно одабрати одговарајуће компатибилизаторе како би се побољшала дисперзија система. На пример, 4,4′-илиденбис(изоцијанатофенил) (MDI) се може користити за in situ капацитацију PBAT/PGA композита. Успешна реакција са MDI је резултирала значајним повећањем међуповршинске адхезије мешавина и значајним повећањем ударне чврстоће са 9.0 kJ/m2 на 22.2 kJ/m2; и смањењем кристалности и величине сферних кристала, што је допринело побољшаној жилавости композита и њиховој термичкој стабилности.

-ПБАТ помешан са ПВБ-

Поливинил бутирал (PVB) је производ киселински катализоване кондензације поливинил алкохола и n-бутиралдехида, са одређеном количином пластификатора у рециклираним остацима. Због своје молекуларне структуре, PVB је обдарен комбинацијом високе затезне чврстоће, отпорности на ударце, високе транспарентности, флексибилности и разградивости. Као материјал са ивичним рециклирањем, PVB је доступан у великим количинама и по ниским ценама, тако да његов избор као модификованог материјала има велике развојне предности. Ниска концентрација PVB повећава температуру кристализације PBAT-а; компатибилност и механичка својства PBAT/PVB су побољшана заједничким деловањем кондензаторског јономера и PVB-а.