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都是可降解塑料,为什么选PBAT?为什么加碳酸钙?
1378 2022-09-13

中国粉体网讯 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图源:宏盛化工

 

1、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。

 

2、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。

 

3、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:①CaCO3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。②CaCO3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。

 

参考文献:

彤程新材,2022年半年度报告

邓鹏,等:碳酸钙在PBAT生物降解料中的性能对比,江西广源化工有限责任公司

杨冰,等:碳酸钙高填充聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯可降解复合材料的制备及性能表征,中国科学院

庞会霞,等:不同粒径碳酸钙对PBAT复合薄膜性能的影响,贵州省材料产业技术研究院

李博,等:碳酸钙对PBAT/PLA复合材料性能的影响,贵州大学

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除!