PBAT را می‌توان با چه پلیمرهای تجزیه‌پذیری مخلوط کرد؟

پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBAT) نوع جدیدی از کوپلی‌استر آلیفاتیک-آروماتیک کاملاً زیست‌تخریب‌پذیر با بخش‌های زنجیره‌ای است که انعطاف‌پذیری هیدروکربن‌های آلیفاتیک زنجیره بلند را با سفتی حلقه‌های آروماتیک ترکیب می‌کند و به آن انعطاف‌پذیری عالی می‌دهد. در نتیجه، PBAT به یکی از فعال‌ترین مواد تجزیه‌پذیر در تحقیقات پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر و کاربردهای خوب در بازار تبدیل شده است. با این حال، وجود بخش‌های زنجیره‌ای PBT آروماتیک در زنجیره مولکولی منجر به سرعت تخریب نسبتاً کند می‌شود. همچنین دارای بلورینگی کم و ویسکوزیته بالا است که آن را به شدت مستعد چسبندگی می‌کند. علاوه بر این، این ماده نسبتاً گران است و توسعه و کاربرد بازار آن را بیشتر محدود می‌کند. بنابراین، برای کاهش هزینه و به دست آوردن پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر با کارایی بالا، اصلاح PBAT باید مورد مطالعه قرار گیرد. ترکیب PBAT با پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر یک روش اصلاح اثبات شده است که می‌تواند بدون تأثیر بر تجزیه‌پذیری PBAT، سایر خواص را بهبود بخشد و برخی از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر نیز می‌توانند سرعت تخریب PBAT را افزایش دهند.

-PBAT مخلوط با PLA-

پلی‌لاکتیک اسید (PLA)، یکی از مواد زیست‌تخریب‌پذیر که بیشترین تحقیقات روی آن انجام شده و از نظر تجاری موفق بوده است، دارای خواص براقیت و مانع عالی است، اما معایبی مانند سختی و چقرمگی کم، عدم انعطاف‌پذیری و خاصیت ارتجاعی را نیز دارد. بنابراین، ترکیب PBAT با چقرمگی بالا با PLA نه تنها می‌تواند چقرمگی PLA را بهبود بخشد، بلکه سرعت تجزیه PBAT را نیز افزایش می‌دهد.

مشخص شده است که افزودن PLA به طور قابل توجهی استحکام کششی آمیزه را بدون تأثیر بر خواص بلوری PBAT بهبود می‌بخشد؛ و افزایش ویسکوزیته مذاب، پایداری فیلم‌های PBAT را در طول پردازش و شکل‌دهی بهبود می‌بخشد.

از آنجایی که PBAT و PLA سیستم‌های ناسازگاری هستند، در حال حاضر تحقیقات بیشتری بر اساس بهبود سازگاری بین این دو انجام می‌شود که منجر به مخلوط‌هایی با خواص مکانیکی بهتر می‌شود. به عنوان مثال، افزودن گلیسیدیل متاکریلات (GMA) با کسر جرمی ۳٪ تا ۵٪ می‌تواند مقاومت ضربه‌ای مخلوط‌های PLA/PBAT را به ۲۶.۵٪ و ۵۱.۷٪ افزایش دهد، در حالی که پراکندگی PBAT در PLA را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، افزودن افزایش‌دهنده زنجیره می‌تواند کشش سطحی بین این دو را به طور قابل توجهی کاهش دهد، که این امر تا حد زیادی شکل‌پذیری فیلم‌های PBAT/PLA را بهبود می‌بخشد. افزودن نرم‌کننده و خازن گروه چند منظوره می‌تواند ظرفیت خازنی و اثر نرم‌کننده خوبی بر روی مخلوط‌های PBAT/PLA ایجاد کند، در حالی که خواص پردازش را بهبود می‌بخشد.

-PBAT ترکیب شده با PPC-

پلی پروپیلن کربنات (PPC) یک ...پلاستیک سازگار با محیط زیستبا کوپلیمریزاسیون متناوب دی اکسید کربن زباله‌های صنعتی و اکسید پروپیلن ساخته شده است که قابلیت تجزیه‌پذیری و مقاومت عالی در برابر نفوذپذیری دارد. با این حال، این ماده آمورف است، دمای انتقال شیشه‌ای آن فقط 30-40 درجه سانتیگراد است و دارای چقرمگی در دمای پایین، پایداری ابعادی ضعیف در دمای بالا، مشکلات تشکیل فیلم و سایر معایب است. ترکیب PPC با PBAT نه تنها قابلیت فرآیند PPC را بهبود می‌بخشد، بلکه عملکرد کلی عالی‌تری را برای PBAT فراهم می‌کند و ماده کامپوزیت حاصل، فضای توسعه زیادی در بسته‌بندی مواد غذایی یکبار مصرف، مواد پزشکی و غیره خواهد داشت.

از آنجایی که بخش PPC در سیستم ترکیبی آمورف است، اندازه میکروکریستالی فیلم کامپوزیتی PBAT/PPC کاهش می‌یابد؛ افزودن PPC استحکام کششی و خواص سدگری گازی فیلم کامپوزیتی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد و در عین حال زیست‌تخریب‌پذیری ماتریس را تضمین می‌کند. علاوه بر این، حضور PPC و PBAT به طور موثری پایداری حرارتی، بلورینگی و خواص مکانیکی مخلوط‌ها را بهبود می‌بخشد؛ هنگامی که تنها 10٪ جرمی PPC وجود دارد، دمای بلورینگی مخلوط‌ها از 37.5 درجه سانتیگراد به 66.8 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد که فرآیند تشکیل فیلم دمشی را تسهیل می‌کند.

از آنجایی که PBAT یک پلیمر کریستالی است و زنجیره مولکولی قطبی بزرگی دارد، با PPC نیز مشکلات سازگاری دارد. معرفی تری فنیل متان تری ایزوسیاناتِ زنجیره‌گستر منجر به افزایش قابل توجه استحکام کششی و پارگی فیلم PBAT/PPC در هر دو جهت طولی و عرضی شد؛ معرفی مونوگلیسیرید استئاراتِ عامل بازکننده نیز پایداری فیلم را در حین دمیدن بهبود بخشید. علاوه بر این، افزودن عامل حجم‌دهنده اتیلن متیل اکریلات - گلیسیدیل متاکریلات (EMA-GMA) به مخلوط PPC و PBAT نه تنها پایداری فرآیند و کیفیت فیلم دمشی را بهبود می‌بخشد، بلکه به طور موثری خواص مکانیکی، خواص سدگری در برابر اکسیژن و محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش آن را نیز بهبود می‌بخشد.

-PBAT با PBS ترکیب شد-

پلی‌بوتیلن سوکسینات (PBS) با خواص مکانیکی عالی، بهترین عملکرد فرآوری را در بین پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر موجود دارد؛ با این حال، ویسکوزیته پایین آن منجر به استحکام ذوب ضعیف می‌شود که برای فرآوری با قالب‌گیری دمشی یا ریخته‌گری مناسب نیست و محصولات دارای شکنندگی خاصی هستند. بنابراین، با استفاده از مخلوط‌های اصلاح‌شده PBAT و PBS، می‌توان مزایای هر دو را برای جبران نقص‌ها ترکیب کرد و محصولات ساخته شده را می‌توان در بسته‌بندی، ظروف غذاخوری، فیلم‌های کشاورزی، مواد زیست‌پزشکی و سایر زمینه‌ها استفاده کرد.

به طور کلی، مقدار PBS در مخلوط‌های PBAT/PBS نباید خیلی زیاد باشد، حدود ۲۵٪ مناسب است. مشخص شده است که مخلوط‌های PBAT/PBS وقتی کسر جرمی PBS 25٪ باشد، مدول کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست بالایی از خود نشان می‌دهند. هنگامی که مقدار PBS خیلی زیاد باشد، محصولات شکنندگی زیادی از خود نشان می‌دهند.

-PBAT با PHBV مخلوط شده است-

پلی (پنتیل هیدروکسی بوتیرات) (PHBV) یک ماده زیستی ساخته شده از مواد تجدیدپذیر طبیعی است که از طریق تخمیر با منبع کربن و انرژی ذخیره شده در میکروارگانیسم‌ها سنتز می‌شود و دارای زیست‌تخریب‌پذیری و زیست‌سازگاری خوبی است؛ با این حال، دارای معایبی مانند پایداری حرارتی ضعیف و خواص تبلور ضعیف نیز می‌باشد. بنابراین، مخلوط کردن آن با PBAT می‌تواند خواص بلوری PHBV را بهبود بخشد و خواص پردازش و کاربرد ماده را افزایش دهد.

ترکیب PHBV و PBAT فرآیندپذیری و خواص فیلم بهتری را نشان می‌دهد؛ و خواص مکانیکی فیلم با فیلم‌های بسته‌بندی مواد غذایی تجاری، با کرنش‌های تا ۷۵۰٪ در هنگام پارگی، مطابقت دارد.

-PBAT مخلوط با PGA-

پلی‌گلیکولیک اسید (PGA) ساختار مولکولی و ویژگی‌های عملکردی مشابهی با PLA دارد، اما خواص تخریب‌پذیری و ممانعت‌کنندگی بسیار بهتری دارد؛ نه تنها هزینه مواد اولیه آن پایین است، بلکه مزایای استحکام کششی بالا و دمای انحراف حرارتی بالا را نیز دارد. بنابراین، انتخاب PGA برای اصلاح ترکیب PBAT پتانسیل بالایی برای کاربرد در زمینه محصولات یکبار مصرف مانند ظروف مقاوم در برابر حرارت، کیسه‌های فیلم زیست‌تخریب‌پذیر و بسته‌بندی‌های ممانعت‌کننده دارد.

مشخص شده است که کامپوزیت‌های PBAT/PGA با کسر جرمی PGA برابر با 20٪، استحکام کششی 25 مگاپاسکال و ازدیاد طول در نقطه شکست بیش از 600٪ دارند که می‌توانند برای ساخت محصولات فیلم استفاده شوند؛ کامپوزیت‌های PBAT/PGA با کسر جرمی PGA برابر با 80٪، دمای انحراف حرارتی 120 درجه سانتیگراد دارند و در عین حال چقرمگی را بهبود می‌بخشند که می‌تواند برای ساخت ظروف یکبار مصرف استفاده شود؛ در همین حال، افزودن PGA می‌تواند عملکرد مانع بخار آب فیلم‌های کامپوزیتی PBAT/PGA را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

مشابه PLA، سازگاری بین PGA و PBAT ضعیف است، بنابراین برای بهبود پراکندگی سیستم، باید سازگارکننده‌های مناسبی انتخاب شوند. به عنوان مثال، 4،4′-ایلیدنبیس (ایزوسیاناتوفنیل) (MDI) می‌تواند برای ظرفیت‌سازی درجا کامپوزیت‌های PBAT/PGA استفاده شود. واکنش موفقیت‌آمیز با MDI منجر به افزایش قابل توجه چسبندگی بین سطحی مخلوط‌ها و افزایش قابل توجه مقاومت ضربه از 9.0 کیلوژول بر متر مربع به 22.2 کیلوژول بر متر مربع و کاهش بلورینگی و اندازه کریستال کروی شد که به افزایش چقرمگی کامپوزیت‌ها و پایداری حرارتی آنها کمک کرد.

-PBAT مخلوط با PVB-

پلی‌وینیل بوتیرال (PVB) محصول تراکم کاتالیز شده با اسید پلی‌وینیل الکل و n-بوتیرآلدهید است که مقدار مشخصی از نرم‌کننده در برش‌های بازیافتی آن وجود دارد. PVB به دلیل ساختار مولکولی خود، ترکیبی از استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر ضربه، شفافیت بالا، انعطاف‌پذیری و تجزیه‌پذیری را داراست. PVB به عنوان یک ماده بازیافتی لبه، در مقادیر زیاد و با قیمت پایین موجود است، بنابراین انتخاب آن به عنوان یک ماده اصلاح‌شده مزایای توسعه زیادی دارد. غلظت پایین PVB دمای تبلور PBAT را افزایش می‌دهد. سازگاری و خواص مکانیکی PBAT/PVB با عملکرد مشترک یونومر خازنی و PVB بهبود می‌یابد.