S kojim se razgradivim polimerima može miješati PBAT?

Polibutilen tereftalat (PBAT) je nova vrsta potpuno biorazgradivog alifatsko-aromatskog kopoliestera s lančanim segmentima koji kombiniraju fleksibilnost dugolančanih alifatskih ugljikovodika s krutošću aromatskih prstenova, dajući mu izvrsnu fleksibilnost. Kao rezultat toga, PBAT je postao jedan od najaktivnijih biorazgradivih materijala u istraživanju biorazgradive plastike i ima dobru tržišnu primjenu. Međutim, prisutnost aromatskih 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 s biorazgradivim polimerima je dokazana 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 s PLA-

Polilaktična kiselina (PLA), jedan od najistraženijih i komercijalno uspješnih biorazgradivih materijala, ima izvrsna svojstva sjaja i barijere, ali ima i nedostatke tvrdoće i manje žilavosti, nedostatka fleksibilnosti i elastičnosti. Stoga, miješanje visokožilavog PBAT-a s PLA ne samo da može poboljšati žilavost PLA-a, već i ubrzati brzinu razgradnje PBAT-a.

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

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

-PBAT pomiješan s PPC-

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

Budući da je PPC frakcija amorfna u miješanom sustavu, mikrokristalna veličina PBAT/PPC kompozitnog filma je smanjena; ugradnja PPC-a uvelike poboljšava vlačnu čvrstoću i svojstva plinske barijere kompozitnog filma, a istovremeno osigurava biorazgradivost matrice. Osim toga, prisutnost PPC-a i PBAT-a učinkovito poboljšava toplinsku stabilnost, kristalnost i mehanička svojstva mješavina; kada je prisutno samo 10% PPC-a po masi, temperatura kristalizacije mješavina raste s 37.5 °C na 66.8 °C, što olakšava proces formiranja filma puhanjem.

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 vlačne i kidajuće čvrstoće PBAT/PPC filma u uzdužnom i poprečnom smjeru; uvođenje sredstva za otvaranje monoglicerid stearata također je poboljšalo stabilnost filma tijekom puhanja. 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 kvalitetu puhanog filma, već i učinkovito poboljšava njegova mehanička svojstva, barijeru kisika i svojstva zaštite od UV zračenja.

-PBAT pomiješan s PBS-

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

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

-PBAT pomiješan s 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 toplinske 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 s onima komercijalnih filmova za pakiranje hrane, s naprezanjima do 750% pri pucanju.

-PBAT pomiješan s PGA-

Poliglikolna kiselina (PGA) ima sličnu molekularnu strukturu i karakteristike performansi kao PLA, ali ima izvrsnija svojstva razgradnje i barijere; ne samo da je cijena sirovine niska, već ima i prednosti visoke vlačne čvrstoće i visoke temperature otklona topline. 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 vlačnu čvrstoću od 25 MPa i prekidno istezanje od 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 brane PBAT/PGA kompozitnih filmova.

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

-PBAT pomiješan s PVB-om-

Polivinil butiral (PVB) je produkt kiselinski katalizirane kondenzacije polivinil alkohola i n-butiraldehida, s određenom količinom plastifikatora u recikliranim ostacima. Zbog svoje molekularne strukture, PVB je obdaren kombinacijom visoke vlačne čvrstoće, otpornosti na udarce, visoke transparentnosti, fleksibilnosti i razgradivosti. Kao rubni reciklirani materijal, PVB je dostupan u velikim količinama i po niskim cijenama, pa 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.