עם אילו פולימרים מתכלים ניתן לערבב PBAT?

פוליבוטילן טרפתאלט (PBAT) הוא סוג חדש של קופוליאסטר אליפטי-ארומטי מתכלה לחלוטין, בעל מקטעי שרשרת המשלבים את הגמישות של פחמימנים אליפטיים ארוכי שרשרת עם הנוקשות של טבעות ארומטיות, מה שמעניק לו גמישות מעולה. כתוצאה מכך, PBAT הפך לאחד החומרים המתכלים הפעילים ביותר במחקר פלסטיק מתכלה וביישומים טובים בשוק. עם זאת, נוכחותם של מקטעי שרשרת PBT ארומטיים בשרשרת המולקולרית גורמת לקצב פירוק איטי יחסית. יש לו גם גבישיות נמוכה וצמיגות גבוהה, מה שהופך אותו לרגיש מאוד להידבקות. בנוסף, החומר יקר יחסית, מה שמגביל עוד יותר את פיתוח השוק והשימוש שלו. לכן, על מנת להפחית את העלות ולהשיג פלסטיק מתכלה בעל ביצועים גבוהים, יש צורך לחקור את השינוי של PBAT. ערבוב PBAT עם פולימרים מתכלים היא שיטה מוכחת לשינוי, שיכולה לשפר תכונות אחרות מבלי להשפיע על יכולת הפירוק של PBAT, וחלק מהפולימרים המתכלים יכולים גם לשפר את קצב הפירוק של PBAT.

-PBAT מעורבב עם PLA-

חומצה פולילקטית (PLA), אחד החומרים המתכלים המתכלים והנחקרים ביותר מבחינה מסחרית, בעל תכונות ברק ומחסום מצוינות, אך יש לה גם חסרונות של קשיחות וחוסר גמישות, חוסר גמישות וגמישות. לכן, ערבוב של PBAT בעל קשיחות גבוהה עם PLA יכול לא רק לשפר את קשיחות ה-PLA, אלא גם להאיץ את קצב הפירוק של PBAT.

נמצא כי תוספת PLA משפרת משמעותית את חוזק המתיחה של התערובת מבלי לפגוע בתכונות הגבישיות של PBAT; וכי צמיגות ההיתוך המוגברת משפרת את יציבות סרטי PBAT במהלך העיבוד והעיצוב.

מאחר ש-PBAT ו-PLA הן מערכות שאינן תואמות, מחקרים נוספים מבוססים כיום על שיפור התאימות ביניהן, וכתוצאה מכך נוצרות תערובות בעלות תכונות מכניות טובות יותר. לדוגמה, שילוב של גליצידיל מתאקרילט (GMA) בחלק מסה של 3% עד 5% יכול להגדיל את חוזק הפגיעה של תערובות PLA/PBAT ל-26.5% ו-51.7%, תוך שיפור פיזור ה-PBAT ב-PLA. בנוסף, הוספת מאריך שרשרת יכולה להפחית משמעותית את מתח הפנים בין השניים, מה שמשפר מאוד את משיכות סרטי PBAT/PLA; הוספת פלסטייזר קבוצתי רב-תכליתי וקבל יכולה לייצר אפקט קיבול ופלסטייזציה טובים על תערובות PBAT/PLA, תוך שיפור תכונות העיבוד.

-PBAT מעורבב עם PPC-

פוליפרופילן קרבונט (PPC) הואפלסטיק ידידותי לסביבהמיוצר על ידי קופולימריזציה לסירוגין של פחמן דו-חמצני ופרופילן אוקסיד פסולת תעשייתית, בעל יכולת פירוק ועמידות מצוינת לחדירות. עם זאת, זהו חומר אמורפי, טמפרטורת המעבר לזכוכית היא רק 30-40 מעלות צלזיוס, ויש לו קשיחות בטמפרטורה נמוכה, יציבות ממדית ירודה בטמפרטורה גבוהה, קשיים ביצירת שכבות וחסרונות נוספים. ערבוב PPC עם PBAT לא רק משפר את יכולת התהליך של PPC, אלא גם מספק ל-PBAT ביצועים כוללים מצוינים יותר, ולחומר המרוכב המתקבל יהיה מרחב פיתוח גדול באריזות מזון חד פעמיות, חומרים רפואיים וכו'.

מכיוון שחלק ה-PPC אמורפי במערכת המעורבבת, גודל המיקרו-גבישי של סרט המרוכב PBAT/PPC מצטמצם; שילוב ה-PPC משפר מאוד את חוזק המתיחה ואת תכונות מחסום הגז של הסרט המרוכב תוך הבטחת התכלות הביולוגית של המטריצה. בנוסף, נוכחות PPC ו-PBAT משפרת ביעילות את היציבות התרמית, הגבישיות והתכונות המכניות של התערובות; כאשר קיימים רק 10% PPC לפי מסה, טמפרטורת ההתגבשות של התערובות עולה מ-37.5°C ל-66.8°C, מה שמקל על תהליך יצירת הסרט בניפוח.

מכיוון ש-PBAT הוא פולימר גבישי ובעל שרשרת מולקולרית קוטבית גדולה, יש לו גם בעיות תאימות עם PPC. הכנסת חומר מאריך השרשרת טריפנילמתאן טריאיזוציאנט הביאה לעלייה משמעותית בחוזק המתיחה והקרע של סרט PBAT/PPC הן בכיוון האורכי והן בכיוון הרוחבי; הכנסת חומר הפתיחה מונוגליצריד סטארט שיפרה גם את יציבות הסרט במהלך הניפוח. בנוסף, הוספת חומר התפיחה אתילן מתיל אקרילט - גליצידיל מתאקרילט (EMA-GMA) לתערובת של PPC ו-PBAT לא רק משפרת את יציבות העיבוד ואיכות הסרט המנופח, אלא גם משפרת ביעילות את התכונות המכניות שלו, את מחסום החמצן ואת תכונות המיגון מפני קרינת UV.

-PBAT מעורבב עם PBS-

לפוליבוטילן סוקצינט (PBS) ביצועי העיבוד הטובים ביותר מבין הפלסטיק המתכלה המתכלה הקיים, עם תכונות מכניות מצוינות; עם זאת, צמיגותו הנמוכה מובילה לחוזק התכה נמוך, שאינו תורם לעיבוד באמצעות יציקה או מניפת גז, ולמוצרים יש שבירות מסוימת. לכן, באמצעות תערובות שעברו שינוי של PBAT ו-PBS, ניתן לשלב את היתרונות של שניהם כדי לפצות על הפגמים, והמוצרים המיוצרים יכולים לשמש באריזות, כלי שולחן, סרטים חקלאיים, חומרים ביו-רפואיים ותחומים אחרים.

באופן כללי, תכולת ה-PBS בתערובות PBAT/PBS לא צריכה להיות גבוהה מדי, כ-25% הוא המתאים. נמצא שתערובות PBAT/PBS מציגות מודול מתיחה גבוה והתארכות גבוהה בזמן שבירה כאשר חלק המסה של PBS הוא 25%; כאשר תכולת ה-PBS גבוהה מדי, המוצרים מפגינים שבירות חזקה.

-PBAT מעורבב עם PHBV-

פולי(פנטיל הידרוקסי בוטיראט) (PHBV) הוא חומר ביולוגי העשוי מחומרים טבעיים מתחדשים, המסונתזים על ידי תסיסה עם מקור פחמן ואנרגיה המאוחסנים במיקרואורגניזמים, ובעל יכולת פירוק ביולוגית ותאימות ביולוגית טובים; עם זאת, יש לו גם חסרונות כגון יציבות תרמית ירודה ותכונות התגבשות ירודות. לכן, ערבובו עם PBAT יכול לשפר את התכונות הגבישיות של PHBV ולשפר את תכונות העיבוד והיישום של החומר.

התערובת של PHBV ו-PBAT מציגה יכולת עיבוד ותכונות סרט טובות יותר; והתכונות המכניות של הסרט תואמות לאלו של סרטי אריזות מזון מסחריים, עם מתיחות של עד 750% בעת שבירה.

-PBAT מעורבב עם PGA-

לחומצה פוליגליקולית (PGA) מבנה מולקולרי ומאפייני ביצועים דומים ל-PLA, אך יש לה תכונות פירוק וחסימה מצוינות יותר; לא רק שעלות חומר הגלם נמוכה, אלא שיש לה גם יתרונות של חוזק מתיחה גבוה וטמפרטורת הסטת חום גבוהה. לכן, לבחירה ב-PGA לצורך ערבול PBAT יש פוטנציאל גדול ליישום בתחום מוצרים חד פעמיים כגון כלי שולחן עמידים בחום, שקיות סרט מתכלות ואריזות מחסום.

נמצא כי חומרים מרוכבים PBAT/PGA עם מקטע מסה PGA של 20% הם בעלי חוזק מתיחה של 25 MPa והתארכות בשבירה של מעל 600%, אשר ניתן להשתמש בהם לייצור מוצרי סרטים; חומרים מרוכבים PBAT/PGA עם מקטע מסה PGA של 80% הם בעלי טמפרטורת הסטת חום של 120°C תוך שיפור הקשיחות, אשר ניתן להשתמש בה לייצור כלי שולחן חד פעמיים; בינתיים, תוספת של PGA יכולה לשפר משמעותית את ביצועי מחסום אדי המים של סרטי מרוכבים PBAT/PGA.

בדומה ל-PLA, התאימות בין PGA ל-PBAT ירודה, לכן יש לבחור קומפטיבלייזרים מתאימים כדי לשפר את פיזור המערכת. לדוגמה, ניתן להשתמש ב-4,4'-ילידנביס(איזוציאנטופניל) (MDI) כדי להגביר את קיבוליותם של מרוכבים PBAT/PGA באתר. התגובה המוצלחת עם MDI הביאה לעלייה משמעותית בהידבקות הבין-פנימית של התערובות ולעלייה משמעותית בחוזק הפגיעה מ-9.0 קילו-ג'אול/מ"ר ל-22.2 קילו-ג'אול/מ"ר; ולהפחתה בגבישות ובגודל הגביש הכדורי, מה שתרם לקשיחות המשופרת של המרוכבים וליציבותם התרמית.

-PBAT מעורבב עם PVB-

פוליוויניל בוטירל (PVB) הוא תוצר של עיבוי מזורז חומצה של פוליוויניל אלכוהול ו-n-בוטיראלדהיד, עם כמות מסוימת של פלסטייזר בחלקים הממוחזרים שלו. בשל המבנה המולקולרי שלו, PVB ניחן בשילוב של חוזק מתיחה גבוה, עמידות בפני פגיעות, שקיפות גבוהה, גמישות ויכולת פירוק. כחומר ממוחזר בקצוות, PVB זמין בכמויות גדולות ובמחירים נמוכים, ולכן לבחירתו כחומר שעבר שינוי יש יתרונות גדולים בפיתוח. הריכוז הנמוך של PVB מגביר את טמפרטורת הגיבוש של PBAT; התאימות והתכונות המכניות של PBAT/PVB משתפרות על ידי הפעולה המשותפת של יונומר הקבל ו-PVB.