Milliste lagunevate polümeeridega saab PBAT-i segada?

Polübutüleentereftalaat (PBAT) on uut tüüpi täielikult biolagunev alifaatne-aromaatne kopolüester, mille ahelasegmendid ühendavad pika ahelaga alifaatsete süsivesinike paindlikkuse aromaatsete tsüklite jäikusega, andes sellele suurepärase paindlikkuse. Selle tulemusena on PBAT-ist saanud biolagunevate plastide uuringutes ja heades tururakendustes üks aktiivsemaid lagunevaid materjale. Aromaatsete PBT ahelasegmentide olemasolu molekulaarses ahelas põhjustab aga suhteliselt aeglast lagunemiskiirust. Sellel on ka madal kristallilisus ja kõrge viskoossus, mis muudab selle väga vastuvõtlikuks adhesioonile. Lisaks on materjal suhteliselt kallis, mis piirab veelgi selle turu arengut ja rakendamist. Seetõttu tuleb kulude vähendamiseks ja kõrgjõudlusega biolagunevate plastide saamiseks uurida PBAT-i modifitseerimist. PBAT-i segamine biolagunevate polümeeridega on tõestatud modifitseerimismeetod, mis võib parandada muid omadusi, mõjutamata PBAT-i lagundatavust, ning mõned biolagunevad polümeerid võivad samuti suurendada PBAT-i lagunemiskiirust.

-PBAT segatud PLA-ga-

Polüpiimhape (PLA), üks enim uuritud ja kaubanduslikult edukamaid biolagunevaid materjale, omab suurepäraseid läike- ja barjääriomadusi, kuid sellel on ka puudusi, kuna see on kõva ja vähem sitke, paindlikkuse ja elastsuse puudumine. Seetõttu võib suure sitkusega PBAT-i segamine PLA-ga mitte ainult parandada PLA sitkust, vaid ka kiirendada PBAT-i lagunemiskiirust.

On leitud, et PLA lisamine parandab oluliselt segu tõmbetugevust, mõjutamata PBAT kristallilisi omadusi; ja et suurenenud sulaviskoossus parandab PBAT-kilede stabiilsust töötlemise ja vormimise ajal.

Kuna PBAT ja PLA on kokkusobimatud süsteemid, keskendutakse praegu rohkem uuringutele nende kahe ühilduvuse parandamisele, mille tulemuseks on paremate mehaaniliste omadustega segud. Näiteks glütsidüülmetakrülaadi (GMA) lisamine massifraktsiooniga 3–5% võib suurendada PLA/PBAT segude löögitugevust 26.5% ja 51.7% võrra, parandades samal ajal PBAT dispersiooni PLA-s. Lisaks võib ahela pikendaja lisamine oluliselt vähendada kahe vahelise faasivahelist pinget, mis parandab oluliselt PBAT/PLA kilede elastsust; multifunktsionaalse rühma plastifikaatori ja kondensaatori lisamine võib anda PBAT/PLA segudele hea mahtuvuse ja plastifitseeriva efekti, parandades samal ajal töötlemisomadusi.

-PBAT segatud PPC-ga-

Polüpropüleenkarbonaat (PPC) onkeskkonnasõbralik plastikSee on valmistatud tööstusjäätmete süsinikdioksiidi ja propüleenoksiidi vahelduva kopolümerisatsiooni teel, millel on lagunduvus ja suurepärane läbilaskvuskindlus. Siiski on see amorfne materjal, klaasistumistemperatuur on vaid 30–40 °C ning sellel on madala temperatuuriga sitkus, kõrge temperatuuriga mõõtmete stabiilsus on halb, kile moodustamisega on raskusi ja muid puudusi. PPC ja PBAT segamine mitte ainult ei paranda PPC töötlemisvõimet, vaid annab PBAT-le ka suurepärasema üldise jõudluse ning saadud komposiitmaterjalil on palju arendusruumi ühekordselt kasutatavate toidupakendites, meditsiinimaterjalides jne.

Kuna segatud süsteemis on PPC fraktsioon amorfne, väheneb PBAT/PPC komposiitkile mikrokristalliline suurus; PPC lisamine parandab oluliselt komposiitkile tõmbetugevust ja gaasitõkke omadusi, tagades samal ajal maatriksi biolagunevuse. Lisaks parandab PPC ja PBAT olemasolu tõhusalt segude termilist stabiilsust, kristallilisust ja mehaanilisi omadusi; kui PPC sisaldus on vaid 10 massiprotsenti, tõuseb segude kristallisatsioonitemperatuur 37.5 °C-lt 66.8 °C-ni, mis hõlbustab puhumiskile moodustamise protsessi.

Kuna PBAT on kristalliline polümeer ja sellel on suur polaarne molekulaarahel, on sellel ka ühilduvusprobleeme PPC-ga. Keti pikendaja trifenüülmetaantriisotsüanaadi lisamine suurendas oluliselt PBAT/PPC kile tõmbe- ja rebenemistugevust nii piki- kui ka põikisuunas; avaja monoglütseriidstearaadi lisamine parandas ka kile stabiilsust puhumise ajal. Lisaks parandab täiteaine etüleenmetüülakrülaat-glütsidüülmetakrülaat (EMA-GMA) lisamine PPC ja PBAT segule mitte ainult puhutud kile töötlemisstabiilsust ja kvaliteeti, vaid parandab ka selle mehaanilisi omadusi, hapnikubarjääri ja UV-kaitset.

-PBAT segatud PBS-iga-

Polübutüleensuktsinaadil (PBS) on olemasolevate biolagunevate plastide seas parim töötlemisvõime ja suurepärased mehaanilised omadused; selle madal viskoossus põhjustab aga kehva sulamistugevust, mis ei soodusta töötlemist puhumisvormimise või valamise teel ning toodetel on teatav rabedus. Seetõttu saab PBAT ja PBS-modifitseeritud segude abil ühendada mõlema eelised defektide kompenseerimiseks ning valmistatud tooteid saab kasutada pakendites, lauanõudes, põllumajanduskiledes, biomeditsiinilistes materjalides ja muudes valdkondades.

Üldiselt ei tohiks PBS-i sisaldus PBAT/PBS-segudes olla liiga kõrge, sobiv sisaldus on umbes 25%. On leitud, et PBAT/PBS-segudel on kõrge tõmbetugevusmoodul ja suur katkevenivus, kui PBS-i massifraktsioon on 25%; kui PBS-i sisaldus on liiga kõrge, muutuvad tooted tugevaks rabedaks.

-PBAT segatud PHBV-ga-

Polü(pentüülhüdroksübutüraat) (PHBV) on looduslikest taastuvatest materjalidest valmistatud biomaterjal, mis sünteesitakse kääritamise teel mikroorganismides talletatud süsinikuallika ja energia abil ning millel on hea biolagunevus ja bioühilduvus; aga sellel on ka puudusi, nagu halb termiline stabiilsus ja halvad kristalliseerumisomadused. Seetõttu võib selle segamine PBAT-iga parandada PHBV kristallilisi omadusi ning materjali töötlemis- ja rakendusomadusi.

PHBV ja PBAT segu on paremini töödeldav ja kileomadustega; ning kile mehaanilised omadused vastavad kaubanduslike toidupakendikilede omadustele, ulatudes purunemisel kuni 750% tõmbetugevuseni.

-PBAT segatud PGA-ga-

Polüglükoolhappel (PGA) on PLA-ga sarnane molekulaarstruktuur ja toimivusomadused, kuid sellel on suurepärased lagunemis- ja barjääriomadused; lisaks madalale tooraine maksumusele on sellel ka kõrge tõmbetugevus ja kõrge kuumuse läbipaindetemperatuur. Seetõttu on PGA valikul PBAT-i segamise modifitseerimiseks suur potentsiaal ühekordselt kasutatavate toodete, näiteks kuumakindlate lauanõude, biolagunevate kilekottide ja barjääripakendi valdkonnas.

On leitud, et PBAT/PGA komposiitidel, mille PGA massifraktsioon on 20%, on tõmbetugevus 25 MPa ja katkevenivus üle 600%, mida saab kasutada kiletoodete valmistamiseks; PBAT/PGA komposiitidel, mille PGA massifraktsioon on 80%, on kuumuse läbipaindetemperatuur 120 °C, parandades samal ajal sitkust, mida saab kasutada ühekordselt kasutatavate lauanõude valmistamiseks; samal ajal võib PGA lisamine oluliselt parandada PBAT/PGA komposiitkilede veeaurutõkke toimivust.

Sarnaselt PLA-ga on PGA ja PBAT ühilduvus halb, seega tuleb süsteemi dispersiooni parandamiseks valida sobivad sobitusained. Näiteks 4,4'-ülideenbis(isotsüanatofenüül) (MDI) abil saab PBAT/PGA komposiite kohapeal kondenseerida. Edukas reaktsioon MDI-ga tõi kaasa segude faasidevahelise adhesiooni olulise suurenemise ja löögitugevuse olulise suurenemise 9.0 kJ/m2-lt 22.2 kJ/m2-ni; ning kristallilisuse ja sfäärilise kristalli suuruse vähenemise, mis aitas kaasa komposiitide suurenenud sitkusele ja termilisele stabiilsusele.

-PBAT segatud PVB-ga-

Polüvinüülbutüraal (PVB) on polüvinüülalkoholi ja n-butüüraldehüüdi happekatalüüsi teel kondenseerumise produkt, mille taaskasutatud detailides on teatud kogus plastifikaatorit. Tänu oma molekulaarstruktuurile on PVB-l kombinatsioon suurest tõmbetugevusest, löögikindlusest, suurest läbipaistvusest, paindlikkusest ja lagunduvusest. PVB-d on taaskasutatud materjalina saadaval suurtes kogustes ja madala hinnaga, seega on selle valimisel modifitseeritud materjalina suured arenduseelised. PVB madal kontsentratsioon suurendab PBAT-i kristallisatsioonitemperatuuri; PBAT/PVB ühilduvus ja mehaanilised omadused paranevad kondensaatori ionomeeri ja PVB ühise toime tõttu.