С какви биоразградими полимери може да се смесва PBAT?

Полибутилен терефталатът (PBAT) е нов вид напълно биоразградим алифатно-ароматен съполиестер с верижни сегменти, които съчетават гъвкавостта на дълговерижните алифатни въглеводороди с твърдостта на ароматните пръстени, което му придава отлична гъвкавост. В резултат на това PBAT се превърна в един от най-активните биоразградими материали в изследванията на биоразградими пластмаси и намира добри пазарни приложения. Наличието на ароматни PBT верижни сегменти в молекулярната верига обаче води до относително бавна скорост на разграждане. Той също така има ниска кристалност и висок вискозитет, което го прави силно податлив на адхезия. Освен това материалът е относително скъп, което допълнително ограничава неговото пазарно развитие и приложение. Следователно, за да се намалят разходите и да се получат високоефективни биоразградими пластмаси, е необходимо да се проучи модифицирането на PBAT. Смесването на PBAT с биоразградими полимери е доказан метод за модифициране, който може да подобри други свойства, без да повлияе на разградимостта на PBAT, а някои биоразградими полимери могат също да подобрят скоростта на разграждане на PBAT.

-PBAT смесен с PLA-

Полимлечната киселина (PLA), един от най-изследваните и търговски успешни биоразградими материали, има отлични гланцови и бариерни свойства, но също така има недостатъците да е твърд и по-малко жилав, липсва гъвкавост и еластичност. Следователно, смесването на PBAT с висока жилавост с PLA може не само да подобри жилавостта на PLA, но и да ускори скоростта на разлагане на PBAT.

Установено е, че добавянето на PLA значително подобрява якостта на опън на сместа, без да се засягат кристалните свойства на PBAT; и че повишеният вискозитет на стопилката подобрява стабилността на PBAT филмите по време на обработка и формоване.

Тъй като PBAT и PLA са несъвместими системи, в момента повече изследвания са насочени към подобряване на съвместимостта между двете, което води до смеси с по-добри механични свойства. Например, включването на глицидил метакрилат (GMA) в масова фракция от 3% до 5% може да увеличи ударната якост на смесите PLA/PBAT до 26.5% и 51.7%, като същевременно подобри дисперсията на PBAT в PLA. Освен това, добавянето на удължител на веригата може значително да намали междуфазовото напрежение между двете, което значително подобрява пластичността на PBAT/PLA филмите; добавянето на многофункционален групов пластификатор и кондензатор може да доведе до добър капацитетен и пластифициращ ефект върху смесите PBAT/PLA, като същевременно подобри свойствата за обработка.

-PBAT смесен с PPC-

Полипропилен карбонат (PPC) еекологично чиста пластмасаПроизведен чрез редуваща се съполимеризация на въглероден диоксид и пропиленов оксид от промишлени отпадъци, който има разградимост и отлична устойчивост на пропускливост. Той обаче е аморфен материал, температурата на стъклен преход е само 30-40°C, има нискотемпературна жилавост, лоша размерна стабилност при висока температура, трудности при образуване на филм и други недостатъци. Смесването на PPC с PBAT не само подобрява технологичните възможности на PPC, но и осигурява на PBAT по-добри общи характеристики, а полученият композитен материал ще има голямо поле за развитие в опаковки за еднократна употреба за храни, медицински материали и др.

Тъй като фракцията PPC е аморфна в смесената система, микрокристалният размер на композитния филм PBAT/PPC е намален; включването на PPC значително подобрява якостта на опън и газобариерните свойства на композитния филм, като същевременно осигурява биоразградимостта на матрицата. Освен това, наличието на PPC и PBAT ефективно подобрява термичната стабилност, кристалността и механичните свойства на смесите; когато присъства само 10% PPC по маса, температурата на кристализация на смесите се увеличава от 37.5°C до 66.8°C, което улеснява процеса на образуване на филм чрез раздуване.

Тъй като PBAT е кристален полимер и има голяма полярна молекулна верига, той също има проблеми със съвместимостта с PPC. Въвеждането на удължителя на веригата трифенилметан триизоцианат доведе до значително увеличение на якостта на опън и разкъсване на PBAT/PPC филма както в надлъжна, така и в напречна посока; въвеждането на отварящия агент моноглицерид стеарат също подобри стабилността на филма по време на раздуване. Освен това, добавянето на обемообразуващия агент етилен метил акрилат - глицидил метакрилат (EMA-GMA) към сместа от PPC и PBAT не само подобрява стабилността при обработка и качеството на раздутото фолио, но също така ефективно подобрява неговите механични свойства, кислородна бариера и UV екраниращи свойства.

-PBAT, смесен с PBS-

Полибутилен сукцинатът (PBS) има най-добрата производителност при обработка сред съществуващите биоразградими пластмаси, с отлични механични свойства; ниският му вискозитет обаче води до лоша якост на стопилката, което не е благоприятно за обработка чрез формоване чрез раздуване или леене, а продуктите имат известна крехкост. Следователно, чрез използване на модифицирани смеси с PBAT и PBS, предимствата и на двата материала могат да бъдат комбинирани, за да се компенсират дефектите, а получените продукти могат да се използват в опаковки, съдове за хранене, селскостопански филми, биомедицински материали и други области.

Като цяло, съдържанието на PBS в смесите PBAT/PBS не трябва да бъде твърде високо, като е подходящо около 25%. Установено е, че смесите PBAT/PBS показват висок модул на опън и високо удължение при скъсване, когато масовата фракция на PBS е 25%; след като съдържанието на PBS е твърде високо, продуктите проявяват силна крехкост.

-PBAT, смесен с PHBV-

Поли(пентил хидроксибутират) (PHBV) е биоматериал, направен от естествени възобновяеми материали, синтезиран чрез ферментация с източник на въглерод и енергия, съхранявана в микроорганизми, който има добра биоразградимост и биосъвместимост; той обаче има и недостатъци като лоша термична стабилност и лоши свойства на кристализация. Следователно, смесването му с PBAT може да подобри кристалните свойства на PHBV и да подобри свойствата на материала при обработка и приложение.

Сместа от PHBV и PBAT показва по-добра обработваемост и свойства на филма; а механичните свойства на филма са в съответствие с тези на търговските фолиа за опаковане на храни, с деформации при скъсване до 750%.

-PBAT смесен с PGA-

Полигликоловата киселина (PGA) има подобна молекулярна структура и експлоатационни характеристики на PLA, но има по-добри свойства на разграждане и бариерна устойчивост; не само че цената на суровината е ниска, но и има предимствата на висока якост на опън и висока температура на термично отклонение. Следователно, изборът на PGA за модификация чрез смесване на PBAT има голям потенциал за приложение в областта на продуктите за еднократна употреба, като например топлоустойчиви съдове за хранене, биоразградими филмови торбички и бариерни опаковки.

Установено е, че PBAT/PGA композитите с масова фракция на PGA от 20% имат якост на опън от 25 MPa и удължение при скъсване над 600%, което може да се използва за производство на филмови продукти; PBAT/PGA композитите с масова фракция на PGA от 80% имат температура на топлинно отклонение от 120°C, като същевременно подобряват здравината, което може да се използва за производство на съдове за еднократна употреба; междувременно, добавянето на PGA може значително да подобри пароизолационните характеристики на PBAT/PGA композитните филми.

Подобно на PLA, съвместимостта между PGA и PBAT е лоша, така че е необходимо да се изберат подходящи компатибилизатори, за да се подобри дисперсията на системата. Например, 4,4′-илиденбис(изоцианатофенил) (MDI) може да се използва за in situ капацитиране на PBAT/PGA композити. Успешната реакция с MDI доведе до значително увеличение на междуфазовата адхезия на смесите и значително увеличение на ударната якост от 9.0 kJ/m2 до 22.2 kJ/m2; и намаляване на кристалността и сферичния размер на кристалите, което допринесе за повишената якост на композитите и тяхната термична стабилност.

-PBAT смесен с PVB-

Поливинилбутиралът (PVB) е продукт на киселинно катализирана кондензация на поливинилов алкохол и n-бутиралдехид, с известно количество пластификатор в рециклираните му остатъци. Благодарение на своята молекулярна структура, PVB е надарен с комбинация от висока якост на опън, удароустойчивост, висока прозрачност, гъвкавост и разградимост. Като рециклиран материал на ръбове, PVB се предлага в големи количества и на ниски цени, така че изборът му като модифициран материал има големи предимства за развитието. Ниската концентрация на PVB повишава температурата на кристализация на PBAT; съвместимостта и механичните свойства на PBAT/PVB се подобряват чрез съвместното действие на кондензаторния йономер и PVB.