PBAT hangi bozunabilir polimerlerle karıştırılabilir?

Polibütilen tereftalat (PBAT), uzun zincirli alifatik hidrokarbonların esnekliğini aromatik halkaların sertliğiyle birleştiren zincir segmentlerine sahip, tamamen biyolojik olarak parçalanabilen yeni bir alifatik-aromatik kopolyester türüdür ve bu da ona mükemmel esneklik kazandırır. Sonuç olarak, PBAT, biyolojik olarak parçalanabilen plastik araştırmalarında en aktif parçalanabilir malzemelerden biri haline gelmiş ve iyi pazar uygulamalarına sahip olmuştur. Bununla birlikte, moleküler zincirde aromatik PBT zincir segmentlerinin bulunması, nispeten yavaş bir bozunma hızına neden olur. Ayrıca düşük kristalliğe ve yüksek viskoziteye sahip olması, yapışmaya karşı oldukça hassas olmasına yol açar. Ek olarak, malzeme nispeten pahalıdır, bu da pazar gelişimini ve uygulamasını daha da sınırlandırır. Bu nedenle, maliyeti düşürmek ve yüksek performanslı parçalanabilir plastikler elde etmek için PBAT'ın modifikasyonunun incelenmesi gerekmektedir. PBAT'ı biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerle karıştırmak, PBAT'ın parçalanabilirliğini etkilemeden diğer özelliklerini iyileştirebilen kanıtlanmış bir modifikasyon yöntemidir ve bazı biyolojik olarak parçalanabilir polimerler PBAT'ın bozunma hızını da artırabilir.

-PBAT, PLA ile karıştırılmıştır-

En çok araştırılan ve ticari olarak en başarılı biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerden biri olan polilaktik asit (PLA), mükemmel parlaklık ve bariyer özelliklerine sahip olmakla birlikte, sert ve daha az dayanıklı olması, esneklik ve elastikiyetten yoksun olması gibi dezavantajlara da sahiptir. Bu nedenle, yüksek dayanıklılığa sahip PBAT'ın PLA ile karıştırılması, yalnızca PLA'nın dayanıklılığını artırmakla kalmaz, aynı zamanda PBAT'ın parçalanma hızını da hızlandırır.

PLA ilavesinin, PBAT'ın kristal özelliklerini etkilemeden karışımın çekme dayanımını önemli ölçüde iyileştirdiği; ve artan erime viskozitesinin, işleme ve şekillendirme sırasında PBAT filmlerinin stabilitesini artırdığı tespit edilmiştir.

PBAT ve PLA uyumsuz sistemler olduğundan, şu anda yapılan araştırmaların çoğu, ikisi arasındaki uyumluluğu iyileştirmeye ve daha iyi mekanik özelliklere sahip karışımlar elde etmeye odaklanmaktadır. Örneğin, kütlece %3 ila %5 oranında glisidil metakrilat (GMA) ilavesi, PLA/PBAT karışımlarının darbe dayanımını %26.5 ve %51.7 oranında artırırken, PBAT'ın PLA içindeki dağılımını da iyileştirir. Ayrıca, zincir uzatıcı ilavesi, ikisi arasındaki arayüzey gerilimini önemli ölçüde azaltarak PBAT/PLA filmlerinin sünekliğini büyük ölçüde artırır; çok işlevli grup plastikleştirici ve kapasitör ilavesi, PBAT/PLA karışımlarında iyi bir kapasitans ve plastikleştirme etkisi yaratırken, işleme özelliklerini de iyileştirir.

-PBAT, PPC ile karıştırılmıştır-

Polipropilen karbonat (PPC) birçevre dostu plastikEndüstriyel atık karbondioksit ve propilen oksidin dönüşümlü kopolimerizasyonuyla üretilen bu malzeme, bozunabilirliğe ve mükemmel geçirgenlik direncine sahiptir. Bununla birlikte, amorf bir malzeme olup, cam geçiş sıcaklığı sadece 30-40°C'dir ve düşük sıcaklık tokluğu, zayıf yüksek sıcaklık boyutsal kararlılığı, film oluşturma zorlukları ve diğer dezavantajları vardır. PPC'nin PBAT ile karıştırılması, PPC'nin işlenebilirliğini iyileştirmenin yanı sıra, PBAT'ye daha üstün genel performans kazandırır ve elde edilen kompozit malzeme, tek kullanımlık gıda ambalajları, tıbbi malzemeler vb. alanlarda büyük bir gelişme potansiyeline sahip olacaktır.

Karışım sisteminde PPC fraksiyonu amorf olduğundan, PBAT/PPC kompozit filminin mikrokristalin boyutu azalır; PPC'nin eklenmesi, matrisin biyolojik olarak parçalanabilirliğini sağlarken kompozit filmin çekme dayanımını ve gaz bariyer özelliklerini büyük ölçüde iyileştirir. Ek olarak, PPC ve PBAT'ın varlığı, karışımların termal kararlılığını, kristalliğini ve mekanik özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirir; kütlece sadece %10 PPC bulunduğunda, karışımların kristalleşme sıcaklığı 37.5°C'den 66.8°C'ye yükselir, bu da şişirme film oluşturma sürecini kolaylaştırır.

PBAT kristal yapılı bir polimer olup geniş polar moleküler zincire sahip olduğundan, PPC ile uyumluluk sorunları da yaşamaktadır. Zincir uzatıcı trifenilmetan triizosiyanatın eklenmesi, PBAT/PPC filminin hem boyuna hem de enine yönlerdeki çekme ve yırtılma dayanımında önemli bir artışa neden olmuştur; açıcı madde monogliserid stearatın eklenmesi de filmin şişirme sırasındaki stabilitesini iyileştirmiştir. Ek olarak, PPC ve PBAT karışımına hacim artırıcı madde etilen metil akrilat – glisidil metakrilat (EMA-GMA) eklenmesi, şişirilmiş filmin işleme stabilitesini ve kalitesini iyileştirmenin yanı sıra, mekanik özelliklerini, oksijen bariyerini ve UV koruma özelliklerini de etkili bir şekilde geliştirmiştir.

-PBAT, PBS ile karıştırılmış halde-

Polibütilen süksinat (PBS), mevcut biyolojik olarak parçalanabilir plastikler arasında en iyi işleme performansına ve mükemmel mekanik özelliklere sahiptir; ancak düşük viskozitesi, üfleme kalıplama veya döküm yoluyla işlenmesine elverişli olmayan zayıf erime mukavemetine yol açar ve ürünler belirli bir kırılganlığa sahiptir. Bu nedenle, PBAT ve PBS modifiye karışımları kullanılarak, her ikisinin avantajları birleştirilerek bu dezavantajlar giderilebilir ve üretilen ürünler ambalaj, sofra takımı, tarım filmleri, biyomedikal malzemeler ve diğer alanlarda kullanılabilir.

Genel olarak, PBAT/PBS karışımlarındaki PBS içeriği çok yüksek olmamalı, yaklaşık %25 uygundur. PBS kütle oranı %25 olduğunda PBAT/PBS karışımlarının yüksek çekme modülü ve yüksek kopma uzaması sergilediği; PBS içeriği çok yüksek olduğunda ise ürünlerin aşırı kırılganlık gösterdiği bulunmuştur.

-PBAT, PHBV ile karışmış halde-

Poli(pentil hidroksibutirat) (PHBV), doğal yenilenebilir malzemelerden üretilen, karbon kaynağı ve mikroorganizmalarda depolanan enerji ile fermantasyon yoluyla sentezlenen, iyi biyolojik bozunabilirlik ve biyouyumluluk özelliklerine sahip bir biyomalzemedir; ancak, zayıf termal kararlılık ve zayıf kristalleşme özellikleri gibi dezavantajları da vardır. Bu nedenle, PBAT ile karıştırılması, PHBV'nin kristal özelliklerini iyileştirebilir ve malzemenin işleme ve uygulama özelliklerini artırabilir.

PHBV ve PBAT karışımı daha iyi işlenebilirlik ve film özellikleri sergiler; ve filmin mekanik özellikleri, %750'ye varan kopma dayanımıyla ticari gıda ambalaj filmlerinin özellikleriyle uyumludur.

-PBAT, PGA ile harmanlanmıştır-

Poliglikolik asit (PGA), PLA'ya benzer moleküler yapıya ve performans özelliklerine sahip olmakla birlikte, daha üstün bozunma ve bariyer özelliklerine sahiptir; sadece hammadde maliyeti düşük olmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek çekme dayanımı ve yüksek ısı sapma sıcaklığı avantajlarına da sahiptir. Bu nedenle, PBAT karıştırma modifikasyonu için PGA seçimi, ısıya dayanıklı sofra takımları, biyolojik olarak parçalanabilir film torbalar ve bariyer ambalajlar gibi tek kullanımlık ürünler alanında büyük uygulama potansiyeline sahiptir.

Yapılan araştırmalara göre, %20 PGA kütle oranına sahip PBAT/PGA kompozitlerinin 25 MPa çekme dayanımı ve %600'ün üzerinde kopma uzaması gösterdiği ve film ürünleri yapımında kullanılabileceği; %80 PGA kütle oranına sahip PBAT/PGA kompozitlerinin ise 120°C ısı sapma sıcaklığına sahip olduğu ve dayanıklılığı artırdığı, bu sayede tek kullanımlık sofra takımları yapımında kullanılabileceği; ayrıca PGA ilavesinin PBAT/PGA kompozit filmlerinin su buharı bariyer performansını önemli ölçüde iyileştirebileceği tespit edilmiştir.

PLA'ya benzer şekilde, PGA ve PBAT arasındaki uyumluluk zayıftır, bu nedenle sistemin dağılımını iyileştirmek için uygun uyumlulaştırıcılar seçilmelidir. Örneğin, 4,4′-ilidenbis(izosiyanatofenil) (MDI), PBAT/PGA kompozitlerini yerinde kapasite etmek için kullanılabilir. MDI ile başarılı reaksiyon, karışımların arayüzey yapışmasında önemli bir artışa ve darbe dayanımında 9.0 kJ/m2'den 22.2 kJ/m2'ye önemli bir artışa; ayrıca kristalliğin ve küresel kristal boyutunun azalmasına yol açarak kompozitlerin tokluğunu ve termal kararlılığını artırmıştır.

-PBAT, PVB ile karıştırılmıştır-

Polivinil bütiral (PVB), geri dönüştürülmüş atıklarında belirli miktarda plastikleştirici içeren polivinil alkol ve n-bütiraldehitin asit katalizli yoğunlaşmasının ürünüdür. Moleküler yapısı nedeniyle PVB, yüksek çekme dayanımı, darbe direnci, yüksek şeffaflık, esneklik ve bozunabilirlik özelliklerinin bir kombinasyonuna sahiptir. Kenar geri dönüştürülmüş bir malzeme olarak PVB, büyük miktarlarda ve düşük fiyatlarla temin edilebildiğinden, modifiye malzeme olarak seçilmesi büyük geliştirme avantajlarına sahiptir. PVB'nin düşük konsantrasyonu, PBAT'ın kristalleşme sıcaklığını artırır; kapasitör iyonomeri ve PVB'nin ortak etkisiyle PBAT/PVB'nin uyumluluğu ve mekanik özellikleri iyileştirilir.