З якими біорозкладними полімерами можна змішувати ПБАТ?

Полібутилентерефталат (ПБАТ) – це новий тип повністю біорозкладного аліфатично-ароматичного кополіестеру з ланцюговими сегментами, що поєднують гнучкість довголанцюгових аліфатичних вуглеводнів з жорсткістю ароматичних кілець, що надає йому чудової гнучкості. В результаті ПБАТ став одним з найактивніших біорозкладних матеріалів у дослідженнях біорозкладних пластмас та має гарне ринкове застосування. Однак наявність ароматичних ланцюгових сегментів ПБТ у молекулярному ланцюзі призводить до відносно повільної швидкості розкладання. Він також має низьку кристалічність та високу в'язкість, що робить його дуже схильним до адгезії. Крім того, матеріал є відносно дорогим, що ще більше обмежує його розвиток та застосування на ринку. Тому, щоб знизити вартість та отримати високоефективні біорозкладні пластмаси, необхідно вивчити модифікацію ПБАТ. Змішування ПБАТ з біорозкладними полімерами – це перевірений метод модифікації, який може покращити інші властивості, не впливаючи на біорозкладність ПБАТ, а деякі біорозкладні полімери також можуть підвищити швидкість розкладання ПБАТ.

-PBAT змішаний з PLA-

Полімолочна кислота (PLA), один з найбільш досліджених та комерційно успішних біорозкладних матеріалів, має чудові глянцеві та бар'єрні властивості, але також має недоліки, такі як твердість та менша міцність, відсутність гнучкості та еластичності. Тому змішування високоміцного PBAT з PLA може не тільки покращити міцність PLA, але й прискорити швидкість розкладання PBAT.

Було виявлено, що додавання PLA значно покращує міцність на розтяг суміші, не впливаючи на кристалічні властивості PBAT; і що підвищена в'язкість розплаву покращує стабільність плівок PBAT під час обробки та формування.

Оскільки PBAT та PLA є несумісними системами, наразі більше досліджень спрямовано на покращення сумісності між ними, що призводить до отримання сумішей з кращими механічними властивостями. Наприклад, додавання гліцидилметакрилату (GMA) у масовій частці від 3% до 5% може збільшити ударну в'язкість сумішей PLA/PBAT до 26.5% та 51.7%, одночасно покращуючи дисперсію PBAT у PLA. Крім того, додавання подовжувача ланцюга може значно зменшити міжфазний натяг між ними, що значно покращує пластичність плівок PBAT/PLA; додавання багатофункціонального групового пластифікатора та конденсатора може забезпечити хороший ефект ємності та пластифікації сумішей PBAT/PLA, одночасно покращуючи технологічні властивості.

-PBAT змішаний з PPC-

Поліпропіленкарбонат (PPC) – цеекологічно чистий пластикВиготовлений шляхом чергування кополімеризації вуглекислого газу та оксиду пропілену промислових відходів, що забезпечує біорозкладність та чудову стійкість до проникності. Однак, це аморфний матеріал, температура склування якого становить лише 30-40°C, а також він має низькотемпературну в'язкість, низьку розмірну стабільність за високих температур, труднощі з утворенням плівки та інші недоліки. Змішування ППК з ПБАТ не тільки покращує технологічні властивості ППК, але й забезпечує ПБАТ чудові загальні характеристики, а отриманий композитний матеріал матиме великий простір для розвитку в одноразовій харчовій упаковці, медичних матеріалах тощо.

Оскільки фракція PPC є аморфною в змішаній системі, розмір мікрокристалічних елементів композитної плівки PBAT/PPC зменшується; включення PPC значно покращує міцність на розтяг та газобар'єрні властивості композитної плівки, забезпечуючи водночас біорозкладність матриці. Крім того, присутність PPC та PBAT ефективно покращує термічну стабільність, кристалічність та механічні властивості сумішей; коли присутньо лише 10% PPC за масою, температура кристалізації сумішей збільшується з 37.5°C до 66.8°C, що полегшує процес формування плівки методом роздування.

Оскільки PBAT є кристалічним полімером і має великий полярний молекулярний ланцюг, він також має проблеми сумісності з PPC. Введення подовжувача ланцюга трифенілметану триізоціанату призвело до значного збільшення міцності на розтяг та розрив плівки PBAT/PPC як у поздовжньому, так і в поперечному напрямках; введення розпушувача моногліцерид стеарату також покращило стабільність плівки під час видування. Крім того, додавання наповнювача етиленметилакрилату - гліцидилметакрилату (EMA-GMA) до суміші PPC та PBAT не тільки покращує стабільність обробки та якість плівки, отриманої шляхом видування, але й ефективно покращує її механічні властивості, кисневий бар'єр та властивості захисту від ультрафіолетового випромінювання.

-PBAT, змішаний з PBS-

Полібутиленсукцинат (PBS) має найкращі показники переробки серед існуючих біорозкладних пластмас, з чудовими механічними властивостями; однак його низька в'язкість призводить до низької міцності розплаву, що не сприяє обробці методом видувного формування або лиття, а вироби мають певну крихкість. Тому, використовуючи модифіковані суміші PBAT та PBS, переваги обох можна поєднати, щоб компенсувати недоліки, а отримані вироби можна використовувати в упаковці, посуді, сільськогосподарських плівках, біомедичних матеріалах та інших галузях.

Загалом, вміст PBS у сумішах PBAT/PBS не повинен бути занадто високим, доцільно близько 25%. Було виявлено, що суміші PBAT/PBS демонструють високий модуль пружності на розтяг та високе видовження при розриві, коли масова частка PBS становить 25%; як тільки вміст PBS стає занадто високим, продукти демонструють сильну крихкість.

-PBAT, змішаний з PHBV-

Полі(пентилгідроксибутират) (PHBV) – це біоматеріал, виготовлений з природних відновлюваних матеріалів, синтезованих шляхом ферментації з джерелом вуглецю та енергією, що зберігається в мікроорганізмах, який має добру біорозкладність та біосумісність; однак він також має такі недоліки, як погана термічна стабільність та погані властивості кристалізації. Тому змішування його з PBAT може покращити кристалічні властивості PHBV та покращити технологічні та накладні властивості матеріалу.

Суміш PHBV та PBAT демонструє кращу технологічність та властивості плівки; а механічні властивості плівки відповідають властивостям комерційних плівок для пакування харчових продуктів, з деформацією при розриві до 750%.

-PBAT змішаний з PGA-

Полігліколева кислота (PGA) має подібну молекулярну структуру та експлуатаційні характеристики до PLA, але вона має кращі властивості деградації та бар'єру; не тільки вартість сировини низька, але й має переваги високої міцності на розрив та високої температури термодеформації. Тому вибір PGA для модифікації змішування PBAT має великий потенціал для застосування в галузі одноразових виробів, таких як термостійкий посуд, біорозкладні плівкові пакети та бар'єрна упаковка.

Було виявлено, що композити PBAT/PGA з масовою часткою PGA 20% мають міцність на розтяг 25 МПа та видовження при розриві понад 600%, що може бути використано для виготовлення плівкових виробів; композити PBAT/PGA з масовою часткою PGA 80% мають температуру теплового прогину 120°C, одночасно покращуючи в'язкість, що може бути використано для виготовлення одноразового посуду; тим часом, додавання PGA може значно покращити характеристики пароізоляції композитних плівок PBAT/PGA.

Подібно до PLA, сумісність між PGA та PBAT є низькою, тому необхідно підбирати відповідні компатибілізатори для покращення дисперсії системи. Наприклад, 4,4'-іліденбіс(ізоціанатофеніл) (MDI) можна використовувати для in situ капацитації композитів PBAT/PGA. Успішна реакція з MDI призвела до значного збільшення міжфазної адгезії сумішей та значного збільшення ударної в'язкості з 9.0 кДж/м2 до 22.2 кДж/м2; а також до зменшення кристалічності та сферичного розміру кристалів, що сприяло підвищенню міцності композитів та їхньої термостабільності.

-ПБАТ, змішаний з ПВБ-

Полівінілбутираль (ПВБ) – це продукт кислотно-каталізованої конденсації полівінілового спирту та н-бутиральдегіду з певною кількістю пластифікатора у його перероблених залишках. Завдяки своїй молекулярній структурі ПВБ поєднує високу міцність на розрив, ударостійкість, високу прозорість, гнучкість та біорозкладність. Як крайовий перероблений матеріал, ПВБ доступний у великих кількостях та за низькими цінами, тому його вибір як модифікованого матеріалу має великі переваги в розробці. Низька концентрація ПВБ підвищує температуру кристалізації ПБАТ; сумісність та механічні властивості ПБАТ/ПВБ покращуються завдяки спільній дії конденсаторного іономеру та ПВБ.