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专题论述

简析生物降解塑料PBAT及其共混改性

发布时间:2021/4/22 11:53:54 来源:工程塑料应用

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为一种新兴的生物可降解类共聚酯,主要是以1,4 - 丁二醇(BDO),S二酸(AA),对苯二甲酸(PTA)[或对苯二甲酸二醇酯(DMT)]为原料,通过直接酯化或酯交换法而制得。

脂肪-芳香族共聚酯因其具有良好的生物降解性,且热稳定性好、力学性能优良,大大改善了原有脂肪族聚酯的性能,正成为研究的一大热点。PBAT是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,兼具PBA和PBT的特性,既有较好的延展性和断裂伸长率,也有较好的耐热性和冲击性能。PBAT综合了脂肪族聚酯优异的降解性能和芳香族聚酯良好的力学、热学性能。此外PBAT还是优良的生物降解材料,因此它可以用来改善脂肪族聚酯如聚乳酸(PLA)的力学性能。但是由于芳香族PBT链段的存在降低了其降解速度,有研究发现,PBAT与超细活性CaCO3共混不仅能实现材料的完全快速降解,还能极大地降低成本。

PBAT共混改性

与聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)共混改性

PHBV是一种具有良好的生物相容性、生物降解性以及生物可吸收性,但脆性大、加工成型难的生物高分子聚酯。将PBAT与PHBV共混改性,不仅可以加快PBAT的降解,而且可以提高PHBV的综合性能。

与聚碳酸亚丙酯(PPC)共混改性

PPC又名聚甲基乙撑碳酸酯,是一种无毒且具有良好生物降解性能的环境友好型聚合物。研究表明,将PPC与PBAT共混,不仅可以延续良好的生物降解性,也提高了复合材料的综合性能。

与聚丁二酸丁二酯(PBS)的共混改性

PBS的加工性能差,很难用塑料加工的一般方式进行吹塑和流延法加工。通常将PBAT与PBS共混改性来改善PBS的加工性能以及提高其熔体强度。

与聚乳酸(PLA)的共混改性

PBAT的拉伸强度和模量偏低,PLA具有高强度、高模量的特性,但由于其固有的脆性、低断裂伸长率、冲击强度低、极易弯曲变形等,因此,将PBAT与PLA共混,在保持材料降解性能的同时提高了其韧性。

与淀粉共混改性

淀粉来源广泛,价格便宜,可以完全生物降解,但其本身不具有热塑性,且易吸水,不易加工,将改性淀粉加入PBAT基体中,可大幅降低成本并加快PBAT的降解速率,达到降低成本和解决资源短缺和环境污染的问题。

此外,PBAT可以与纤维素、改性木质素、有机纳米黏土、CaCO3、碳纳米管、蒙脱土进行共混达到力学等性能改良的目的,且降低了成本。近年来,PBAT的扩链改性日益增多,通过扩链可以改善其热性能及力学性能。

应用领域及其降解性

PBAT是基于化石燃料合成出来的高分子化合物,几乎生物完全可降解,具有很高的断裂延伸性和很强的韧性,其主要在一定的控制条件下通过酯交换反应合成,通常是可预测和重复的网,可以应用于包装材料(垃圾袋、食品容器和薄膜包装)、卫生用品(尿布和棉签等)和生物医药领域等。

PBAT的生物降解作用主要取决于它们的化学结构和降解的环境,一些通过自然界微生物的发酵作用(细菌、真菌和藻类)",一些通过化学水解和热降解使聚合物链断裂发生解聚作用,还有一些通过微生物的新陈代谢来解聚中间体。由于和非生物降解聚酯相比,具有较高的成产成本、较低的热物理性能和力学性能,因而阻碍了 PBAT生物可降解聚酯材料的发展和应用,通过加入低成本的填料(天然纤维和纤维素类衍生物)作为增强剂,是一种有效的方法,既能维持母体的生物降解性,又能降低成本,提高性能。




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