【原创】碳酸钙填充改性降解塑料,出了一把至关重要的“利刃”!


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  生物降解塑料与碳酸钙填料。

中国粉体网讯  PBAT属于热塑性生物降解塑料,是PBA(己二酸丁二醇酯)和PBT(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;此外,还具有优良的生物降解性,是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。


 


塑料降解与回收概念漫画 图片来源:pixabay

 

PBAT作为一种新型可生物降解材料,主要应用于农业地膜和食品包装等方面。然而,与普通塑料相比,PBAT存在结晶性差、熔体强度低以及价格高等问题,限制了其在纤维和膜材料领域的应用。因此, PBAT需要改性,改性方法主要以共混改性和扩链改性为主,以达到降低成本和改善其综合性能的目的。


 


碳酸钙粉体 图片来源:粉体网

 

1、PBAT与无机填料共混

 

添加廉价的无机填料可有效降低制品的成本,同时也可为复合材料提供优异的力学性能。常用的无机填料主要有碳酸钙(CaCO3)、蒙脱土(MMT)、SiO2及TiO2等。

 

2、碳酸钙(CaCO3)填充改性PBAT

 

活化碳酸钙由于粒径极小、活性高,因此其在PBAT改性中补强效果较高。使用活化碳酸钙对PBAT共混改性时需要加入一定量的相容剂,以改进产品的物理性能和力学性能。通过碳酸钙改性后材料能快速、完全生物降解,且极大降低了产品成本,对制造膜袋类产品等,具有更好的实际操作性。

 

案例1

 

杨冰等制备了50%(w) CaCO3的PBAT/ CaCO3复合材料。改性后的CaCO3在PBAT的分散性变好,共混物没有发生溶出现象,且复合材料的力学性能有很大提升。未改性的CaCO3容易聚集在一起,影响了材料的力学性能。

 

案例2

 

Edilene等研究了扩链剂的加入对PBAT/ CaCO3复合材料的影响,结果表明,扩链剂能够通过分散的CaCO3颗粒起作用,并且改善CaCO3的分散性;此外,CaCO3的加入降低了纯PBAT及复合材料的结晶度,这是因为CaCO3对聚合物分子链的运动起到阻碍作用。

 

案例3

 

肖运鹤等研究发现,利用超细碳酸钙对PBAT进行填充改性,当超细碳酸钙的质量分数在10%,相容剂质量分数为3份时,PBAT/超细碳酸钙共混物的拉伸性能得到了很大程度地提高。当超细碳酸钙的质量分数达到20%时,制成膜袋后,依然有较好的力学性能。

 

 

3、Ca2+对PET降解反应条件的改善

 

作为PBAT的两大共聚组成部分之一,PET(对苯二甲酸丁二醇酯)的水解程度与反应条件具有一定的关系。Miyakawa等在研究中提到来自糖单胞菌素Cut190中的一种类角质酶,可水解PET的内部结构,这种酶实际属于脂肪酶,它含有一个α/β水解酶折叠和一个SER-HIS-ASP催化三联体。

 

近年来,虽然Ca2+诱导α-淀粉酶的热稳定性以及酶的激活作用已经得到了广泛的研究,但针对PET降解酶中类角质酶降解机理的研究仍较少。而Miyakawa等的研究首次证明了Ca2+能够增强PET酶的热稳定性和PET降解类角质酶的活性,高浓度的Ca2+增强了Cut190的热稳定性和活性,这对于非晶态PET的高效酶解至关重要。

 

结语

 

PBAT与可降解材料、无机填充物的并用,不仅可以改善PBAT的加工性能和降低生产成本,满足实际应用需要,还可以拓宽其适用范围和领域。

 

目前,国内PBAT的合成以及高性能产品的生产和应用与国外产品有一定差距,但随着环保要求的提高和可持续绿色发展的要求,对于可降解材料的需求愈发强烈,开发高性能、低成本的PBAT及其复合材料将是高分子材料加工的热门领域,对推广可生物降解材料在生物基材料中的应用,实现绿色发展起着重要的作用。

 

参考来源:

 

晏永祥,等:可生物降解塑料PBAT共混改性研究进展,长沙理工大学

程鹏飞,等:PBAT复合材料的改性研究进展,中国石油天然气股份有限公司

姜杉,等:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)生物降解进展

陕洁,等:可生物降解塑料的合成及其改性,新疆昌吉学院

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作者:昧光

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