რომელ დეგრადირებად პოლიმერებთან შეიძლება PBAT-ის შერევა?

პოლიბუტილენტერეფტალატი (PBAT) წარმოადგენს სრულად ბიოდეგრადირებადი ალიფატურ-არომატული კოპოლიესტერის ახალ ტიპს ჯაჭვის სეგმენტებით, რომლებიც აერთიანებენ გრძელჯაჭვიანი ალიფატური ნახშირწყალბადების მოქნილობას არომატული რგოლების სიმყარესთან, რაც მას შესანიშნავ მოქნილობას ანიჭებს. შედეგად, PBAT გახდა ერთ-ერთი ყველაზე აქტიური დეგრადირებადი მასალა ბიოდეგრადირებადი პლასტმასის კვლევასა და კარგ საბაზრო გამოყენებაში. თუმცა, მოლეკულურ ჯაჭვში არომატული PBT ჯაჭვის სეგმენტების არსებობა იწვევს შედარებით ნელ დეგრადაციის სიჩქარეს. მას ასევე აქვს დაბალი კრისტალურობა და მაღალი სიბლანტე, რაც მას ადჰეზიისადმი მაღალ მგრძნობელობას ანიჭებს. გარდა ამისა, მასალა შედარებით ძვირია, რაც კიდევ უფრო ზღუდავს მის საბაზრო განვითარებას და გამოყენებას. ამიტომ, ღირებულების შესამცირებლად და მაღალი ხარისხის დეგრადირებადი პლასტმასის მისაღებად, საჭიროა PBAT-ის მოდიფიკაციის შესწავლა. PBAT-ის ბიოდეგრადირებად პოლიმერებთან შერევა მოდიფიკაციის დადასტურებული მეთოდია, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს სხვა თვისებები PBAT-ის დეგრადირებადობაზე გავლენის გარეშე, ხოლო ზოგიერთ ბიოდეგრადირებად პოლიმერს ასევე შეუძლია გაზარდოს PBAT-ის დეგრადაციის სიჩქარე.

-PBAT შერეულია PLA-სთან-

პოლირძემჟავა (PLA), ერთ-ერთი ყველაზე შესწავლილი და კომერციულად წარმატებული ბიოდეგრადირებადი მასალა, გამოირჩევა შესანიშნავი სიპრიალით და ბარიერული თვისებებით, თუმცა, მისი ნაკლოვანებებია სიმკვრივე და ნაკლებად გამძლეობა, მოქნილობისა და ელასტიურობის ნაკლებობა. ამიტომ, მაღალი სიმტკიცის PBAT-ის PLA-სთან შერევა არა მხოლოდ აუმჯობესებს PLA-ს სიმტკიცეს, არამედ აჩქარებს PBAT-ის დაშლის სიჩქარეს.

დადგინდა, რომ PLA-ს დამატება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ნარევის დაჭიმვის სიმტკიცეს PBAT-ის კრისტალურ თვისებებზე გავლენის გარეშე; და რომ გაზრდილი დნობის სიბლანტე აუმჯობესებს PBAT ფირების სტაბილურობას დამუშავებისა და ფორმირების დროს.

ვინაიდან PBAT და PLA შეუთავსებელი სისტემებია, ამჟამად მეტი კვლევა მიმდინარეობს მათ შორის თავსებადობის გაუმჯობესებაზე, რაც იწვევს უკეთესი მექანიკური თვისებების მქონე ნარევების მიღებას. მაგალითად, გლიციდილ მეტაკრილატის (GMA) 3%-დან 5%-მდე მასის ფრაქციით ჩართვამ შეიძლება გაზარდოს PLA/PBAT ნარევების დარტყმითი სიმტკიცე 26.5%-მდე და 51.7%-მდე, ამავდროულად გააუმჯობესოს PBAT-ის დისპერსია PLA-ში. გარდა ამისა, ჯაჭვის გამაფართოებლის დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ორ ნარევს შორის ზედაპირული დაჭიმულობა, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს PBAT/PLA ფირების პლასტიურობას; მრავალფუნქციური ჯგუფური პლასტიზატორის და კონდენსატორის დამატებამ შეიძლება გამოიწვიოს კარგი ტევადობა და პლასტიფიკაციის ეფექტი PBAT/PLA ნარევებზე, ამავდროულად გააუმჯობესოს დამუშავების თვისებები.

-PBAT შერეულია PPC-თან-

პოლიპროპილენის კარბონატი (PPC) არისეკოლოგიურად სუფთა პლასტმასიდამზადებულია სამრეწველო ნარჩენების ნახშირორჟანგისა და პროპილენოქსიდის მონაცვლეობითი კოპოლიმერიზაციით, რომელსაც აქვს დაშლა და შესანიშნავი გამტარიანობისადმი მდგრადობა. თუმცა, ეს არის ამორფული მასალა, მინის გარდამავალი ტემპერატურა მხოლოდ 30-40°C-ია და აქვს დაბალტემპერატურული სიმტკიცე, დაბალი განზომილებიანი სტაბილურობა მაღალტემპერატურულ პირობებში, აპკის წარმოქმნის სირთულეები და სხვა ნაკლოვანებები. PPC-ის PBAT-თან შერევა არა მხოლოდ აუმჯობესებს PPC-ის დამუშავების უნარს, არამედ უზრუნველყოფს PBAT-ის უფრო შესანიშნავ საერთო მუშაობას, ხოლო შედეგად მიღებულ კომპოზიტურ მასალას ექნება დიდი განვითარების სივრცე ერთჯერადი საკვების შესაფუთად, სამედიცინო მასალებად და ა.შ.

რადგან PPC ფრაქცია ამორფულია შერეულ სისტემაში, PBAT/PPC კომპოზიტური ფენის მიკროკრისტალური ზომა მცირდება; PPC-ის ჩართვა მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს კომპოზიტური ფენის დაჭიმვის სიმტკიცეს და აირ-ბარიერულ თვისებებს, ამავდროულად უზრუნველყოფს მატრიცის ბიოდეგრადირებადობას. გარდა ამისა, PPC-ის და PBAT-ის არსებობა ეფექტურად აუმჯობესებს ნარევების თერმულ სტაბილურობას, კრისტალურობას და მექანიკურ თვისებებს; როდესაც მასის მიხედვით მხოლოდ 10% PPC არის წარმოდგენილი, ნარევების კრისტალიზაციის ტემპერატურა იზრდება 37.5°C-დან 66.8°C-მდე, რაც ხელს უწყობს აფეთქებული ფენის ფორმირების პროცესს.

ვინაიდან PBAT არის კრისტალური პოლიმერი და აქვს დიდი პოლარული მოლეკულური ჯაჭვი, მას ასევე აქვს თავსებადობის პრობლემები PPC-თან. ჯაჭვის გამაფართოებლის, ტრიფენილმეთან ტრიიზოციანატის, შეყვანამ გამოიწვია PBAT/PPC ფენის დაჭიმვისა და რღვევის სიმტკიცის მნიშვნელოვანი ზრდა როგორც გრძივი, ასევე განივი მიმართულებით; გამხსნელი აგენტის, მონოგლიცერიდის სტეარატის შეყვანამ ასევე გააუმჯობესა ფენის სტაბილურობა აფეთქების დროს. გარდა ამისა, შემავსებელი აგენტის, ეთილენმეთილაკრილატ-გლიციდილ მეტაკრილატის (EMA-GMA) დამატება PPC-სა და PBAT-ის ნარევში არა მხოლოდ აუმჯობესებს აფეთქებული ფენის დამუშავების სტაბილურობას და ხარისხს, არამედ ეფექტურად აუმჯობესებს მის მექანიკურ თვისებებს, ჟანგბადის ბარიერს და ულტრაიისფერი დამცავ თვისებებს.

-PBAT შერწყმულია PBS-თან-

პოლიბუტილენ სუქცინატს (PBS) არსებულ ბიოდეგრადირებად პლასტმასებს შორის საუკეთესო დამუშავების მაჩვენებლები აქვს, შესანიშნავი მექანიკური თვისებებით; თუმცა, მისი დაბალი სიბლანტე იწვევს დაბალ დნობის სიმტკიცეს, რაც ხელს არ უწყობს ჩამოსხმის ან ჩამოსხმის დამუშავებას და პროდუქტებს გარკვეული სიმყიფე ახასიათებთ. ამიტომ, PBAT-ისა და PBS-ის მოდიფიცირებული ნარევების გამოყენებით, ორივეს უპირატესობების გაერთიანებით შესაძლებელია დეფექტების კომპენსირება და მიღებული პროდუქტების გამოყენება შესაფუთ მასალაში, სუფრის ჭურჭელში, სასოფლო-სამეურნეო ფირებში, ბიოსამედიცინო მასალებსა და სხვა სფეროებში.

ზოგადად, PBAT/PBS ნარევებში PBS-ის შემცველობა არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი, დაახლოებით 25%-მდე შემცველობა საკმარისია. დადგინდა, რომ PBAT/PBS ნარევები ავლენენ მაღალ დაჭიმვის მოდულს და მაღალ წაგრძელებას გაწყვეტის დროს, როდესაც PBS-ის მასური წილი 25%-ია; როდესაც PBS-ის შემცველობა ძალიან მაღალია, პროდუქტები ძლიერ მსხვრევადობას ავლენენ.

-PBAT შერეული PHBV-თან-

პოლი(პენტილ ჰიდროქსიბუტირატი) (PHBV) არის ბიომასალა, რომელიც დამზადებულია ბუნებრივი განახლებადი მასალებისგან, სინთეზირებულია ნახშირბადის წყაროსთან და მიკროორგანიზმებში შენახულ ენერგიასთან ერთად დუღილის გზით, რომელსაც აქვს კარგი ბიოდეგრადირებადობა და ბიოშეთავსებადობა; თუმცა, მას ასევე აქვს ნაკლოვანებები, როგორიცაა ცუდი თერმული სტაბილურობა და ცუდი კრისტალიზაციის თვისებები. ამიტომ, მისი PBAT-თან შერევამ შეიძლება გააუმჯობესოს PHBV-ის კრისტალური თვისებები და გააუმჯობესოს მასალის დამუშავებისა და გამოყენების თვისებები.

PHBV-სა და PBAT-ის ნაზავს უკეთესი დამუშავებადობა და აპკის თვისებები ახასიათებს; აპკის მექანიკური თვისებები კი შეესაბამება კომერციული საკვების შესაფუთი აპკის თვისებებს, გაწყვეტის დროს დეფორმაცია 750%-მდეა.

-PBAT შერეულია PGA-სთან-

პოლიგლიკოლის მჟავას (PGA) PLA-ს მსგავსი მოლეკულური სტრუქტურა და მახასიათებლები აქვს, თუმცა მას უფრო შესანიშნავი დეგრადაციისა და ბარიერული თვისებები აქვს; ნედლეულის ფასი არა მხოლოდ დაბალია, არამედ მას ასევე აქვს მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცისა და მაღალი თბოგადახრის ტემპერატურის უპირატესობები. ამიტომ, PGA-ს არჩევანს PBAT-ის შერევის მოდიფიკაციისთვის დიდი პოტენციალი აქვს ერთჯერადი პროდუქტების, როგორიცაა სითბოს მდგრადი ჭურჭელი, ბიოდეგრადირებადი ფირის პარკები და ბარიერული შეფუთვა, გამოყენებისთვის.

აღმოჩნდა, რომ 20%-იანი PGA მასური ფრაქციით PBAT/PGA კომპოზიტებს აქვთ 25 მპა დაჭიმვის სიმტკიცე და 600%-ზე მეტი წაგრძელება გაწყვეტის ადგილას, რაც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფირის პროდუქტების დასამზადებლად; 80%-იანი PGA მასური ფრაქციით PBAT/PGA კომპოზიტებს აქვთ 120°C თბოგადახრის ტემპერატურა, ამავდროულად აუმჯობესებენ სიმტკიცეს, რაც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ერთჯერადი ჭურჭლის დასამზადებლად; ამასობაში, PGA-ს დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს PBAT/PGA კომპოზიტური ფირების წყლის ორთქლის ბარიერის მახასიათებლები.

PLA-ს მსგავსად, PGA-სა და PBAT-ს შორის თავსებადობა ცუდია, ამიტომ სისტემის დისპერსიის გასაუმჯობესებლად საჭიროა შესაფერისი თავსებადობის აგენტების შერჩევა. მაგალითად, 4,4′-ილიდენების(იზოციანატოფენილი) (MDI) შეიძლება გამოყენებულ იქნას PBAT/PGA კომპოზიტების ადგილზე კონდენსაციისთვის. MDI-სთან წარმატებულმა რეაქციამ გამოიწვია ნარევების ზედაპირული ადჰეზიის მნიშვნელოვანი ზრდა და დარტყმითი სიმტკიცის მნიშვნელოვანი ზრდა 9.0 კჯ/მ2-დან 22.2 კჯ/მ2-მდე; ასევე კრისტალურობისა და სფერული კრისტალის ზომის შემცირება, რამაც ხელი შეუწყო კომპოზიტების სიმტკიცის გაზრდას და მათ თერმულ სტაბილურობას.

-PBAT შერეული PVB-თან-

პოლივინილბუტირალი (PVB) წარმოადგენს პოლივინილის სპირტისა და n-ბუტირალდეჰიდის მჟავა კატალიზირებული კონდენსაციის პროდუქტს, რომლის გადამუშავებულ ნაწილებში გარკვეული რაოდენობით პლასტიზატორია. მისი მოლეკულური სტრუქტურის გამო, PVB-ს ახასიათებს მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე, დარტყმისადმი მდგრადობა, მაღალი გამჭვირვალობა, მოქნილობა და დაშლის უნარის კომბინაცია. როგორც კიდის გადამუშავებული მასალა, PVB ხელმისაწვდომია დიდი რაოდენობით და დაბალ ფასებში, ამიტომ მის შერჩევას, როგორც მოდიფიცირებულ მასალას, განვითარების დიდი უპირატესობები აქვს. PVB-ის დაბალი კონცენტრაცია ზრდის PBAT-ის კრისტალიზაციის ტემპერატურას; PBAT/PVB-ის თავსებადობა და მექანიკური თვისებები უმჯობესდება კონდენსატორის იონომერისა და PVB-ის ერთობლივი მოქმედებით.