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都是可降解塑料,为什么选PBAT?为什么加碳酸钙?

   2022-09-15 粉体网3730
核心提示:CaCO3/PBAT复合材料能实现力学性能提升要求,同时高填充率也能降低PBAT的使用成本,具有良好的应用前景。
      近年,国内限塑令政策加码,可降解塑料市场空间广阔,PBAT(己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物)作为应用前景最好的可降解材料之一,兼具PBA和PBT的特性,既有较好的延展性和断裂伸长率,又有较好的耐热性和冲击性能,可以满足制品在包装、购物袋、餐具、农业地膜等方面的应用。



PBAT的发展优势

从性能上看,聚乳酸(PLA)、PBAT、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等生物降解塑料性能接近普通塑料,为替代不可降解塑料创造了条件;从技术上看,PLA生产的中间原料丙交酯技术难以完全突破,限制产能释放,而PBAT国内生产工艺不受限于国外,产能快速扩张;从应用上看,可降解塑料主要应用在包装、餐饮、医疗和农业等领域。


目前全球PBAT产能最大的三大公司分别是新疆蓝山屯河化工股份有限公司、意大利Novamont和德国巴斯夫(BASF)。目前国内PBAT总产能已达30多万吨。从国内在建产能来看,PBAT将迎来集中投产期,据不完全统计国内在建或规划产能达563万吨,大规模的投产和规划也在一定程度上说明了PBAT材料的市场认可度。


PBAT用碳酸钙改性


PBAT虽然性能优良,但价格昂贵,拉伸强度、模量较低等缺陷也限制了它的应用。碳酸钙(CaCO3)来源于自然界,其价格低廉,产量丰富,且种类繁多。将碳酸钙作为塑料添加剂,可以有效降低生产成本,同时保持塑料基体良好的力学性能。


碳酸钙表面有许多羟基,与有机高分子材料相容性差,当到达一定细度后还容易发生团聚,表面改性是必要的辅助手段。目前,钛酸酯和硅烷是应用很广泛的偶联剂,其中钛酸盐是不需要水缩合的质子反应物,硅烷是需要水缩合的羟基反应物,在碳酸钙与PBAT结合时,硅氧烷能与CaCO3和PBAT表面残留的水分子发生反应,能减缓分子链的降解速度,非常适合补强改性应用。



碳酸钙/PBAT共混改性研究进展


案例1


邓鹏等将不同细度碳酸钙与PBAT原料及助剂共混挤出制备成高填充母粒,再将母粒与纯PBAT以一定比例混合进行注塑制样,分别得到碳酸钙含量为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%的样品,测试其拉伸强度、断裂伸长率、比重等性能。

研究结果表明:

①填充较低时,粉体粒径对样品拉伸强度影响较小,当填充超过30%,拉伸强度随粉体粒径的减小,会逐渐增加。

②粉体粒径越细,越有利于提高断裂伸长率。

案例2

庞会霞等用硬脂酸对三种不同粒径的碳酸钙进行表面包覆改性,制备了PBAT/改性CaCO3复合薄膜,研究不同粒径的改性CaCO3对复合薄膜熔融结晶行为、力学性能和水蒸气透过性能的影响。

研究结果表明:

①加入改性CaCO3后,PBAT的结晶温度、结晶度及熔融温度都有所提高。

②PBAT/改性CaCO3复合薄膜力学性能均有明显的提高,且随着改性CaCO3粒径减小,力学性能逐渐升高。

③添加改性CaCO3后复合薄膜对水蒸气的阻隔性能增强。

案例3

李博等采用碳酸钙对PBAT/聚乳酸(PLA)复合材料进行改性,通过吹膜法成功制备出PBAT/PLA/CaCO3共混薄膜,并研究了CaCO3对PBAT/PLA复合材料的影响。

研究结果表明:

CaCO3的加入大大地增加了PBAT/PLA复合材料的热稳定性,同时使PBAT/PLA复合材料的结晶度降低。

CaCO3的加入使PBAT/PLA复合薄膜在力学性能上有了很大的提高,横向和纵向拉伸强度分别从21.06MPa和24.3MPa提高到了24.35MPa和28.7MPa,硬度(HD)达到了51。说明CaCO3对PBAT/PLA复合材料起了显著的增强作用。

③在流变测试中,CaCO3的加入使PBAT/PLA的复数黏度、储能模量和损耗模量都有所提高,进一步证明了CaCO3提高了两相界面的结合强度。

案例4

杨冰以PBAT为基材,以50%表面改性的CaCO3为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。

研究结果表明:

①随着CaCO3添加量的增加,CaCO3/PBAT复合材料的拉伸性能出现先提高后降低的趋势,而偶联剂以及增溶剂的使用则可以明显提高CaCO3/PBAT(50%)复合材料的拉伸性能。

②CaCO3/PBAT(50%)薄膜制品的横向拉伸强度可达20.10MPa,纵向拉伸强度可达21.73MPa,横向断裂伸长率为648%,纵向断裂伸长率为528%,熔融指数为1.58g/10min,而且CaCO3分布均匀,完全被PBAT浸润包覆。


小结:

CaCO3/PBAT复合材料能实现力学性能提升要求,同时高填充率也能降低PBAT的使用成本,具有良好的应用前景。

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