Su kokiais skaidomaisiais polimerais galima maišyti PBAT?

Polibutileno tereftalatas (PBAT) yra naujo tipo visiškai biologiškai skaidus alifatinis-aromatinis kopoliesteris, kurio grandinės segmentai sujungia ilgos grandinės alifatinių angliavandenilių lankstumą su aromatinių žiedų standumu, suteikdami jam puikų lankstumą. Dėl to PBAT tapo viena aktyviausiai skaidžių medžiagų biologiškai skaidžių plastikų tyrimuose ir gerai pritaikomas rinkoje. Tačiau aromatinių PBT grandinės segmentų buvimas molekulinėje grandinėje lemia santykinai lėtą skaidymo greitį. Jis taip pat pasižymi mažu kristališkumu ir dideliu klampumu, todėl yra labai jautrus sukibimui. Be to, medžiaga yra gana brangi, o tai dar labiau riboja jos plėtrą ir taikymą rinkoje. Todėl, siekiant sumažinti kainą ir gauti aukštos kokybės biologiškai skaidžius plastikus, reikia ištirti PBAT modifikavimą. PBAT maišymas su biologiškai skaidžiais polimerais yra patikrintas modifikavimo metodas, kuris gali pagerinti kitas savybes nepaveikdamas PBAT skaidomumo, o kai kurie biologiškai skaidūs polimerai taip pat gali padidinti PBAT skaidymo greitį.

-PBAT sumaišytas su PLA-

Polilaktinė rūgštis (PLA), viena iš labiausiai ištirtų ir komerciškai sėkmingų biologiškai skaidžių medžiagų, pasižymi puikiomis blizgesio ir barjerinėmis savybėmis, tačiau taip pat turi trūkumų – yra kieta ir mažiau tvirta, neturi lankstumo ir elastingumo. Todėl didelio tvirtumo PBAT maišymas su PLA gali ne tik pagerinti PLA tvirtumą, bet ir pagreitinti PBAT skilimo greitį.

Nustatyta, kad PLA pridėjimas žymiai pagerina mišinio tempiamąjį stiprumą nepaveikiant PBAT kristalinių savybių; ir kad padidėjęs lydalo klampumas pagerina PBAT plėvelių stabilumą apdorojimo ir formavimo metu.

Kadangi PBAT ir PLA yra nesuderinamos sistemos, šiuo metu atliekami daugiau tyrimų, skirtų pagerinti jų suderinamumą, siekiant sukurti mišinius su geresnėmis mechaninėmis savybėmis. Pavyzdžiui, įterpus glicidilmetakrilato (GMA), kurio masės dalis yra nuo 3 % iki 5 %, galima padidinti PLA/PBAT mišinių smūgio stiprumą iki 26.5 % ir 51.7 %, tuo pačiu pagerinant PBAT dispersiją PLA. Be to, pridėjus grandinės ilgintuvo, galima žymiai sumažinti tarpfazinį įtempimą tarp šių dviejų mišinių, o tai labai pagerina PBAT/PLA plėvelių tąsumą; pridėjus daugiafunkcinio grupinio plastifikatoriaus ir kondensatoriaus, galima pasiekti gerą PBAT/PLA mišinių talpumą ir plastifikavimo efektą, tuo pačiu pagerinant apdorojimo savybes.

-PBAT sumaišytas su PPC-

Polipropileno karbonatas (PPC) yraekologiškas plastikasPagamintas pakaitomis kopolimerizuojant pramoninių atliekų anglies dioksidą ir propileno oksidą, pasižymintis skaidomumu ir puikiu atsparumu pralaidumui. Tačiau tai amorfinė medžiaga, kurios stiklėjimo temperatūra yra tik 30–40 °C, be to, ji pasižymi atsparumu žemai temperatūrai, prastu matmenų stabilumu aukštoje temperatūroje, sunkumais formuojant plėvelę ir kitais trūkumais. PPC maišymas su PBAT ne tik pagerina PPC apdorojimo galimybes, bet ir suteikia PBAT geresnes bendras eksploatacines savybes, o gauta kompozicinė medžiaga turės didelę plėtros erdvę vienkartinių maisto pakuočių, medicininių medžiagų ir kt. srityse.

Kadangi mišrioje sistemoje PPC frakcija yra amorfinė, PBAT/PPC kompozicinės plėvelės mikrokristalinis dydis sumažėja; PPC įtraukimas labai pagerina kompozicinės plėvelės tempiamąjį stiprumą ir dujų barjerines savybes, tuo pačiu užtikrinant matricos biologinį skaidomumą. Be to, PPC ir PBAT buvimas efektyviai pagerina mišinių terminį stabilumą, kristališkumą ir mechanines savybes; kai PPC yra tik 10 % masės, mišinių kristalizacijos temperatūra padidėja nuo 37.5 °C iki 66.8 °C, o tai palengvina pūtimo plėvelės formavimo procesą.

Kadangi PBAT yra kristalinis polimeras ir turi didelę polinę molekulinę grandinę, jis taip pat turi suderinamumo problemų su PPC. Grandinės ilgintuvo trifenilmetano triizocianato įvedimas žymiai padidino PBAT/PPC plėvelės tempiamąjį ir plyšimo stiprumą tiek išilgine, tiek skersine kryptimis; atidaromosios medžiagos monoglicerido stearato įvedimas taip pat pagerino plėvelės stabilumą pūtimo metu. Be to, į PPC ir PBAT mišinį įdėjus užpildo etilenmetilakrilato-glicidilmetakrilato (EMA-GMA) ne tik pagerinamas pūstos plėvelės apdorojimo stabilumas ir kokybė, bet ir efektyviai pagerinamos jos mechaninės savybės, deguonies barjeras ir apsauga nuo UV spindulių.

-PBAT sumaišytas su PBS-

Polibutileno sukcinatas (PBS) pasižymi geriausiomis apdorojimo savybėmis tarp esamų biologiškai skaidžių plastikų ir puikiomis mechaninėmis savybėmis; tačiau dėl mažo klampumo prastas lydymosi stiprumas neleidžia jį apdoroti pūtimo formavimo ar liejimo būdu, be to, produktai yra trapūs. Todėl naudojant PBAT ir PBS modifikuotus mišinius, galima derinti abiejų privalumus, kompensuoti defektus, o pagamintus produktus galima naudoti pakuotėse, stalo įrankiuose, žemės ūkio plėvelėse, biomedicininėse medžiagose ir kitose srityse.

Paprastai PBS kiekis PBAT/PBS mišiniuose neturėtų būti per didelis, tinkama suma yra apie 25 %. Nustatyta, kad PBAT/PBS mišiniai pasižymi dideliu tempimo moduliu ir dideliu pailgėjimu plyšimo metu, kai PBS masės dalis yra 25 %; kai PBS kiekis yra per didelis, produktai tampa labai trapūs.

-PBAT sumaišytas su PHBV-

Poli(pentilhidroksibutiratas) (PHBV) yra biomedžiaga, pagaminta iš natūralių atsinaujinančių medžiagų, sintetinama fermentacijos būdu su anglies šaltiniu ir mikroorganizmuose sukaupta energija, pasižyminti geru biologiniu skaidomumu ir biologiniu suderinamumu; tačiau ji taip pat turi trūkumų, tokių kaip prastas terminis stabilumas ir prastos kristalizacijos savybės. Todėl maišant ją su PBAT galima pagerinti PHBV kristalines savybes ir sustiprinti medžiagos apdorojimo bei pritaikymo savybes.

PHBV ir PBAT mišinys pasižymi geresniu apdorojimu ir plėvelės savybėmis; o plėvelės mechaninės savybės atitinka komercinių maisto pakavimo plėvelių savybes, o plyšimo metu deformacija siekia iki 750 %.

-PBAT sumaišytas su PGA-

Poliglikolio rūgštis (PGA) turi panašią molekulinę struktūrą ir eksploatacines savybes kaip PLA, tačiau pasižymi geresnėmis skaidymo ir barjerinėmis savybėmis; ne tik maža žaliavos kaina, bet ir didelis tempiamasis stipris bei aukšta šiluminės deformacijos temperatūra. Todėl PGA pasirinkimas PBAT maišymo modifikavimui turi didelį pritaikymo potencialą vienkartinių gaminių, tokių kaip karščiui atsparūs stalo indai, biologiškai skaidūs plėvelių maišeliai ir barjerinės pakuotės, srityje.

Nustatyta, kad PBAT/PGA kompozitai, kurių PGA masės dalis yra 20 %, pasižymi 25 MPa tempiamuoju stipriu ir didesniu nei 600 % pailgėjimu plyštant, todėl juos galima naudoti plėvelių gamybai; PBAT/PGA kompozitai, kurių PGA masės dalis yra 80 %, pasižymi 120 °C šiluminės deformacijos temperatūra, tuo pačiu pagerindami tvirtumą, todėl juos galima naudoti vienkartinių stalo įrankių gamybai; tuo tarpu PGA pridėjimas gali žymiai pagerinti PBAT/PGA kompozicinių plėvelių vandens garų barjero savybes.

Panašiai kaip ir PLA, PGA ir PBAT suderinamumas yra prastas, todėl reikia pasirinkti tinkamus suderinamumo gerinimo agentus, kad būtų pagerinta sistemos dispersija. Pavyzdžiui, 4,4′-ilidenbis(izocianatofenilas) (MDI) gali būti naudojamas PBAT/PGA kompozitams in situ kondensuoti. Sėkminga reakcija su MDI lėmė žymiai padidėjusį mišinių tarpfazinį sukibimą ir žymiai padidėjusį smūgio stiprumą nuo 9.0 kJ/m2 iki 22.2 kJ/m2; taip pat sumažėjusį kristališkumą ir sferinių kristalų dydį, o tai prisidėjo prie didesnio kompozitų tvirtumo ir terminio stabilumo.

-PBAT sumaišytas su PVB-

Polivinilbutiralas (PVB) yra rūgštimi katalizuojamos polivinilo alkoholio ir n-butiraldehido kondensacijos produktas, kurio perdirbtose dalyse yra tam tikro kiekio plastifikatoriaus. Dėl savo molekulinės struktūros PVB pasižymi dideliu tempiamuoju stiprumu, atsparumu smūgiams, dideliu skaidrumu, lankstumu ir skaidomumu. Kaip išskirtinė perdirbta medžiaga, PVB yra prieinamas dideliais kiekiais ir už mažą kainą, todėl jo pasirinkimas kaip modifikuotos medžiagos turi didelių plėtros pranašumų. Maža PVB koncentracija padidina PBAT kristalizacijos temperatūrą; PBAT/PVB suderinamumas ir mechaninės savybės pagerėja dėl bendro kondensatoriaus jonomero ir PVB veikimo.