Sa kojim biorazgradivim polimerima se PBAT može miješati?

Polibutilen tereftalat (PBAT) je nova vrsta potpuno biorazgradivog alifatsko-aromatičnog kopoliestera sa lančanim segmentima koji kombinuju fleksibilnost dugolančanih alifatskih ugljikovodika sa krutošću aromatičnih prstenova, dajući mu odličnu fleksibilnost. Kao rezultat toga, PBAT je postao jedan od najaktivnijih biorazgradivih materijala u istraživanju biorazgradivih plastika i ima dobru tržišnu primjenu. Međutim, prisustvo aromatičnih PBT segmenata lanca u molekularnom lancu rezultira relativno sporom stopom razgradnje. Također ima nisku kristalnost i visoku viskoznost, što ga čini vrlo osjetljivim na adheziju. Osim toga, materijal je relativno skup, što dodatno ograničava njegov razvoj i primjenu na tržištu. Stoga, kako bi se smanjili troškovi i dobile visokoučinkovite biorazgradive plastike, potrebno je proučiti modifikaciju PBAT-a. Miješanje PBAT-a sa biorazgradivim polimerima je provjerena metoda modifikacije, koja može poboljšati druga svojstva bez utjecaja na razgradivost PBAT-a, a neki biorazgradivi polimeri također mogu poboljšati stopu razgradnje PBAT-a.

-PBAT pomiješan sa PLA-

Polilaktična kiselina (PLA), jedan od najistraženijih i komercijalno uspješnih biorazgradivih materijala, ima odlična svojstva sjaja i barijere, ali ima i nedostatke kao što su tvrdoća i manja žilavost, nedostatak fleksibilnosti i elastičnosti. Stoga, miješanje PBAT-a visoke žilavosti s PLA može ne samo poboljšati žilavost PLA, već i ubrzati brzinu razgradnje PBAT-a.

Utvrđeno je da dodatak PLA značajno poboljšava zateznu čvrstoću mješavine bez utjecaja na kristalna svojstva PBAT-a; te da povećana viskoznost rastopa poboljšava stabilnost PBAT filmova tokom obrade i oblikovanja.

Budući da su PBAT i PLA nekompatibilni sistemi, trenutno se više istraživanja zasniva na poboljšanju kompatibilnosti između njih dva, što rezultira mješavinama s boljim mehaničkim svojstvima. Na primjer, ugradnja glicidil metakrilata (GMA) u masenom udjelu od 3% do 5% može povećati udarnu čvrstoću PLA/PBAT mješavina na 26.5% i 51.7%, uz poboljšanje disperzije PBAT-a u PLA. Osim toga, dodavanje produživača lanca može značajno smanjiti međupovršinsku napetost između njih dva, što znatno poboljšava duktilnost PBAT/PLA filmova; dodavanje multifunkcionalnog grupnog plastifikatora i kondenzatora može proizvesti dobar kapacitet i plastificirajući učinak na PBAT/PLA mješavine, uz poboljšanje svojstava obrade.

-PBAT pomiješan sa PPC-

Polipropilen karbonat (PPC) jeekološki prihvatljiva plastikaNapravljen naizmjeničnom kopolimerizacijom industrijskog otpadnog ugljikovog dioksida i propilen oksida, koji ima razgradivost i odličnu otpornost na propusnost. Međutim, to je amorfni materijal, temperatura staklastog prijelaza je samo 30-40°C, a postoji i žilavost na niskim temperaturama, slaba dimenzionalna stabilnost na visokim temperaturama, poteškoće u formiranju filma i drugi nedostaci. Miješanje PPC-a sa PBAT-om ne samo da poboljšava procesne sposobnosti PPC-a, već i pruža PBAT-u odlične ukupne performanse, a rezultirajući kompozitni materijal će imati veliki razvojni prostor u jednokratnoj ambalaži za hranu, medicinskim materijalima itd.

Budući da je PPC frakcija amorfna u miješanom sistemu, mikrokristalna veličina PBAT/PPC kompozitnog filma je smanjena; ugradnja PPC-a značajno poboljšava zateznu čvrstoću i svojstva plinske barijere kompozitnog filma, a istovremeno osigurava biorazgradivost matrice. Osim toga, prisustvo PPC-a i PBAT-a efikasno poboljšava termičku stabilnost, kristalnost i mehanička svojstva mješavina; kada je prisutno samo 10% PPC-a po masi, temperatura kristalizacije mješavina se povećava sa 37.5°C na 66.8°C, što olakšava proces formiranja filma duvanjem.

Budući da je PBAT kristalni polimer i ima veliki polarni molekularni lanac, ima i problema s kompatibilnošću s PPC-om. Uvođenje produživača lanca trifenilmetan triizocijanata rezultiralo je značajnim povećanjem zatezne i kidajuće čvrstoće PBAT/PPC filma u uzdužnom i poprečnom smjeru; uvođenje sredstva za otvaranje monoglicerid stearata također je poboljšalo stabilnost filma tokom duvanja. Osim toga, dodavanje sredstva za povećanje volumena etilen metil akrilata - glicidil metakrilata (EMA-GMA) mješavini PPC-a i PBAT-a ne samo da poboljšava stabilnost obrade i kvalitet duvanog filma, već i efikasno poboljšava njegova mehanička svojstva, barijeru za kisik i svojstva UV zaštite.

-PBAT pomiješan sa PBS-

Polibutilen sukcinat (PBS) ima najbolje performanse obrade među postojećim biorazgradivim plastikama, s odličnim mehaničkim svojstvima; međutim, njegova niska viskoznost dovodi do slabe čvrstoće taljenja, što nije pogodno za obradu puhanjem ili lijevanjem, a proizvodi imaju određenu krhkost. Stoga, korištenjem PBAT i PBS modificiranih mješavina, prednosti oba mogu se kombinirati kako bi se nadoknadili nedostaci, a dobiveni proizvodi mogu se koristiti u ambalaži, posuđu, poljoprivrednim filmovima, biomedicinskim materijalima i drugim područjima.

Općenito, sadržaj PBS-a u mješavinama PBAT/PBS-a ne bi trebao biti previsok, oko 25% je prikladno. Utvrđeno je da mješavine PBAT/PBS-a pokazuju visok modul zatezne čvrstoće i visoko izduženje pri prekidu kada je maseni udio PBS-a 25%; kada je sadržaj PBS-a previsok, proizvodi pokazuju jaku krhkost.

-PBAT pomiješan sa PHBV-

Poli(pentil hidroksibutirat) (PHBV) je biomaterijal napravljen od prirodnih obnovljivih materijala, sintetiziran fermentacijom s izvorom ugljika i energijom pohranjenom u mikroorganizmima, koji ima dobru biorazgradivost i biokompatibilnost; međutim, ima i nedostatke poput slabe termičke stabilnosti i slabih svojstava kristalizacije. Stoga, miješanje s PBAT-om može poboljšati kristalna svojstva PHBV-a i poboljšati svojstva obrade i primjene materijala.

Mješavina PHBV-a i PBAT-a pokazuje bolju obradivost i svojstva filma; a mehanička svojstva filma su u skladu sa svojstvima komercijalnih filmova za pakovanje hrane, sa naprezanjima do 750% pri pucanju.

-PBAT pomiješan sa PGA-

Poliglikolna kiselina (PGA) ima sličnu molekularnu strukturu i karakteristike performansi kao PLA, ali ima odlična svojstva razgradnje i barijere; ne samo da je cijena sirovine niska, već ima i prednosti visoke zatezne čvrstoće i visoke temperature deformacije. Stoga, izbor PGA za modifikaciju miješanjem PBAT-a ima veliki potencijal za primjenu u području proizvoda za jednokratnu upotrebu kao što su posuđe otporno na toplinu, biorazgradive folijske vrećice i barijerna ambalaža.

Utvrđeno je da PBAT/PGA kompoziti s masenim udjelom PGA od 20% imaju zateznu čvrstoću od 25 MPa i prekidno izduženje preko 600%, što se može koristiti za izradu filmskih proizvoda; PBAT/PGA kompoziti s masenim udjelom PGA od 80% imaju temperaturu toplinskog otklona od 120°C uz poboljšanje žilavosti, što se može koristiti za izradu posuđa za jednokratnu upotrebu; u međuvremenu, dodatak PGA može značajno poboljšati performanse parne barijere PBAT/PGA kompozitnih filmova.

Slično kao kod PLA, kompatibilnost između PGA i PBAT je slaba, tako da je potrebno odabrati odgovarajuće kompatibilizatore kako bi se poboljšala disperzija sistema. Na primjer, 4,4'-ilidenebis(izocijanatofenil) (MDI) se može koristiti za in situ kapacitaciju PBAT/PGA kompozita. Uspješna reakcija s MDI rezultirala je značajnim povećanjem međupovršinske adhezije mješavina i značajnim povećanjem udarne čvrstoće sa 9.0 kJ/m2 na 22.2 kJ/m2; te smanjenjem kristalnosti i veličine sfernih kristala, što je doprinijelo povećanoj žilavosti kompozita i njihovoj termičkoj stabilnosti.

-PBAT pomiješan sa PVB-

Polivinil butiral (PVB) je proizvod kiselinom katalizirane kondenzacije polivinil alkohola i n-butiraldehida, s određenom količinom plastifikatora u recikliranim ostacima. Zbog svoje molekularne strukture, PVB je obdaren kombinacijom visoke zatezne čvrstoće, otpornosti na udarce, visoke transparentnosti, fleksibilnosti i razgradivosti. Kao materijal s rubnim recikliranjem, PVB je dostupan u velikim količinama i po niskim cijenama, tako da njegov odabir kao modificiranog materijala ima velike razvojne prednosti. Niska koncentracija PVB-a povećava temperaturu kristalizacije PBAT-a; kompatibilnost i mehanička svojstva PBAT/PVB-a poboljšavaju se zajedničkim djelovanjem kondenzatorskog ionomera i PVB-a.