Con quali polimeri degradabili è possibile miscelare il PBAT?

Il polibutilentereftalato (PBAT) è un nuovo tipo di copoliestere alifatico-aromatico completamente biodegradabile con segmenti di catena che combinano la flessibilità degli idrocarburi alifatici a catena lunga con la rigidità degli anelli aromatici, conferendogli un'eccellente flessibilità. Di conseguenza, il PBAT è diventato uno dei materiali degradabili più attivi nella ricerca sulle plastiche biodegradabili e con buone applicazioni di mercato. Tuttavia, la presenza di segmenti di catena aromatici PBT nella catena molecolare determina una velocità di degradazione relativamente lenta. Presenta inoltre una bassa cristallinità e un'elevata viscosità, che lo rendono altamente suscettibile all'adesione. Inoltre, il materiale è relativamente costoso, il che ne limita ulteriormente lo sviluppo e l'applicazione sul mercato. Pertanto, al fine di ridurre i costi e ottenere plastiche degradabili ad alte prestazioni, è necessario studiare la modifica del PBAT. La miscelazione del PBAT con polimeri biodegradabili è un metodo di modifica comprovato, che può migliorare altre proprietà senza compromettere la degradabilità del PBAT; alcuni polimeri biodegradabili possono anche aumentare il tasso di degradazione del PBAT.

-PBAT miscelato con PLA-

L'acido polilattico (PLA), uno dei materiali biodegradabili più studiati e commercialmente di successo, presenta eccellenti proprietà di lucentezza e barriera, ma presenta anche lo svantaggio di essere duro e meno tenace, con scarsa flessibilità ed elasticità. Pertanto, la miscelazione di PBAT ad alta tenacità con PLA può non solo migliorare la tenacità del PLA, ma anche accelerare la velocità di decomposizione del PBAT.

È stato scoperto che l'aggiunta di PLA migliora significativamente la resistenza alla trazione della miscela senza compromettere le proprietà cristalline del PBAT; e che l'aumentata viscosità della massa fusa migliora la stabilità delle pellicole di PBAT durante la lavorazione e la formatura.

Poiché PBAT e PLA sono sistemi incompatibili, sono attualmente in corso ulteriori ricerche per migliorarne la compatibilità, con il risultato di miscele con migliori proprietà meccaniche. Ad esempio, l'incorporazione di glicidil metacrilato (GMA) in una frazione di massa dal 3% al 5% può aumentare la resistenza all'impatto delle miscele PLA/PBAT al 26.5% e al 51.7%, migliorando al contempo la dispersione del PBAT nel PLA. Inoltre, l'aggiunta di un estensore di catena può ridurre significativamente la tensione interfacciale tra i due, migliorando notevolmente la duttilità dei film PBAT/PLA; l'aggiunta di un plastificante multifunzionale e di un condensatore può produrre una buona capacità e un effetto plastificante sulle miscele PBAT/PLA, migliorandone al contempo le proprietà di lavorazione.

-PBAT miscelato con PPC-

Il carbonato di polipropilene (PPC) è unplastica ecologicaProdotto mediante copolimerizzazione alternata di anidride carbonica di scarto industriale e ossido di propilene, che presenta degradabilità ed eccellente resistenza alla permeabilità. Tuttavia, è un materiale amorfo, la cui temperatura di transizione vetrosa è di soli 30-40 °C, con tenacità a bassa temperatura, scarsa stabilità dimensionale ad alta temperatura, difficoltà nella formazione del film e altri svantaggi. La miscelazione di PPC con PBAT non solo migliora la processabilità del PPC, ma fornisce anche al PBAT prestazioni complessive più eccellenti, e il materiale composito risultante avrà un ampio spazio di sviluppo in imballaggi alimentari monouso, materiali medicali, ecc.

Poiché la frazione di PPC è amorfa nel sistema miscelato, la dimensione microcristallina del film composito PBAT/PPC è ridotta; l'incorporazione di PPC migliora notevolmente la resistenza alla trazione e le proprietà di barriera ai gas del film composito, garantendo al contempo la biodegradabilità della matrice. Inoltre, la presenza di PPC e PBAT migliora efficacemente la stabilità termica, la cristallinità e le proprietà meccaniche delle miscele; quando è presente solo il 10% in massa di PPC, la temperatura di cristallizzazione delle miscele aumenta da 37.5 °C a 66.8 °C, facilitando il processo di formazione del film soffiato.

Poiché il PBAT è un polimero cristallino e presenta una grande catena molecolare polare, presenta anche problemi di compatibilità con il PPC. L'introduzione dell'estensore di catena trifenilmetano triisocianato ha comportato un aumento significativo della resistenza a trazione e lacerazione del film PBAT/PPC sia in direzione longitudinale che trasversale; l'introduzione dell'agente di apertura monogliceride stearato ha inoltre migliorato la stabilità del film durante il soffiaggio. Inoltre, l'aggiunta dell'agente di carica etilene metil acrilato – glicidil metacrilato (EMA-GMA) alla miscela di PPC e PBAT non solo migliora la stabilità di lavorazione e la qualità del film soffiato, ma ne migliora anche efficacemente le proprietà meccaniche, la barriera all'ossigeno e la schermatura UV.

-PBAT mescolato con PBS-

Il succinato di polibutilene (PBS) offre le migliori prestazioni di lavorazione tra le plastiche biodegradabili esistenti, con eccellenti proprietà meccaniche; tuttavia, la sua bassa viscosità comporta una scarsa resistenza al fuso, che non favorisce la lavorazione tramite soffiaggio o colata, e i prodotti presentano una certa fragilità. Pertanto, utilizzando miscele modificate con PBAT e PBS, i vantaggi di entrambi possono essere combinati per compensare i difetti e i prodotti realizzati possono essere utilizzati in imballaggi, stoviglie, film agricoli, materiali biomedici e altri settori.

In generale, il contenuto di PBS nelle miscele PBAT/PBS non dovrebbe essere troppo elevato, attestandosi intorno al 25%. È stato riscontrato che le miscele PBAT/PBS presentano un elevato modulo elastico e un elevato allungamento a rottura quando la frazione in massa di PBS è del 25%; quando il contenuto di PBS è troppo elevato, i prodotti presentano una forte fragilità.

-PBAT mescolato con PHBV-

Il poli(pentilidrossibutirrato) (PHBV) è un biomateriale ottenuto da materiali naturali rinnovabili, sintetizzato mediante fermentazione con carbonio e energia immagazzinata nei microrganismi, che presenta una buona biodegradabilità e biocompatibilità; tuttavia, presenta anche svantaggi come scarsa stabilità termica e scarse proprietà di cristallizzazione. Pertanto, la sua miscelazione con PBAT può migliorare le proprietà cristalline del PHBV e potenziarne le proprietà di lavorazione e applicazione.

La miscela di PHBV e PBAT presenta una migliore lavorabilità e proprietà della pellicola; le proprietà meccaniche della pellicola sono in linea con quelle delle pellicole commerciali per l'imballaggio alimentare, con deformazioni fino al 750% a rottura.

-PBAT miscelato con PGA-

L'acido poliglicolico (PGA) ha una struttura molecolare e caratteristiche prestazionali simili al PLA, ma presenta proprietà di degradazione e barriera più eccellenti; non solo è economico come materia prima, ma presenta anche i vantaggi di un'elevata resistenza alla trazione e di un'elevata temperatura di deflessione termica. Pertanto, la scelta del PGA per la modifica della miscelazione del PBAT ha un grande potenziale di applicazione nel campo dei prodotti monouso come stoviglie resistenti al calore, sacchetti in film biodegradabili e imballaggi barriera.

È stato scoperto che i compositi PBAT/PGA con una frazione di massa PGA del 20% hanno una resistenza alla trazione di 25 MPa e un allungamento a rottura superiore al 600%, che possono essere utilizzati per realizzare prodotti in pellicola; i compositi PBAT/PGA con una frazione di massa PGA dell'80% hanno una temperatura di deflessione termica di 120°C, migliorando al contempo la tenacità, che può essere utilizzata per realizzare stoviglie monouso; nel frattempo, l'aggiunta di PGA L'aggiunta di PGA può migliorare significativamente le prestazioni di barriera al vapore acqueo dei film compositi PBAT/PGA.

Analogamente al PLA, la compatibilità tra PGA e PBAT è scarsa, quindi è necessario selezionare compatibilizzanti idonei per migliorare la dispersione del sistema. Ad esempio, il 4,4'-ilidenbis(isocianatofenile) (MDI) può essere utilizzato per la capacitazione in situ dei compositi PBAT/PGA. La reazione con MDI ha portato a un aumento significativo dell'adesione interfacciale delle miscele e a un aumento significativo della resistenza all'impatto da 9.0 kJ/m² a 22.2 kJ/m²; e a una riduzione della cristallinità e delle dimensioni dei cristalli sferici, che ha contribuito a migliorare la tenacità dei compositi e la loro stabilità termica.

-PBAT miscelato con PVB-

Il polivinilbutirrale (PVB) è il prodotto della condensazione acido-catalizzata di alcol polivinilico e n-butirraldeide, con una certa quantità di plastificante nei suoi ritagli riciclati. Grazie alla sua struttura molecolare, il PVB è dotato di una combinazione di elevata resistenza alla trazione, resistenza agli urti, elevata trasparenza, flessibilità e degradabilità. Come materiale riciclato di qualità, il PVB è disponibile in grandi quantità e a prezzi bassi, quindi la sua selezione come materiale modificato presenta grandi vantaggi di sviluppo. La bassa concentrazione di PVB aumenta la temperatura di cristallizzazione del PBAT; la compatibilità e le proprietà meccaniche di PBAT/PVB sono migliorate dall'azione congiunta dello ionomero del condensatore e del PVB.