Plastindustrin har bevittnat en betydande förändring mot mer hållbara lösningar de senaste åren. Bland dessa har poly (butylenadipat - ko-tereftalat) (PBAT) och polymjölksyra (PLA) dykt upp som lovande biologiskt nedbrytbara polymerer. PBAT är en biologiskt nedbrytbar sampolyester känd för sin höga flexibilitet och seghet, medan PLA är en termoplastisk polyester som härrör från förnybara resurser såsom majsstärkelse, som är styv och har god bearbetbarhet. Ett annat viktigt material inom området för biologiskt nedbrytbara polymerer är majsstärkelse, som är riklig, billig och helt biologiskt nedbrytbar. Som en professionell leverantör av PBAT, PLA och majsstärkelse får vi ofta frågan om effekten av att tillsätta majsstärkelse till blandningen av PBAT och PLA, särskilt på den slutliga produktens sprödhet.
Förstå naturen hos PBAT, PLA och majsstärkelse
PBAT kännetecknas av sin långkedjiga alifatiska - aromatiska struktur. Denna struktur gör att den har utmärkt töjning vid brott, vilket innebär att den kan sträcka sig mycket innan den går sönder. Å andra sidan har PLA en semikristallin struktur med starka intermolekylära krafter på grund av närvaron av polära estergrupper. Detta ger PLA relativt hög styrka och styvhet men gör den också skör.
Majsstärkelse är en naturlig polymer som består av amylos och amylopektin. Den har en granulär struktur och kan fungera som ett fyllmedel när den tillsätts till polymermatriser. Hydroxylgrupperna i majsstärkelse kan potentiellt bilda vätebindningar med karbonylgrupperna i PBAT och PLA, vilket kan påverka kompositens fysikaliska egenskaper.
Mekanismen för hur majsstärkelse påverkar sprödhet
När majsstärkelse tillsätts till en PBAT - PLA-blandning spelar flera faktorer in som påverkar den slutliga produktens sprödhet.
Fyllnadseffekt
Majsstärkelse fungerar som ett fyllmedel i PBAT - PLA-matrisen. Vid låga mängder majsstärkelse dispergeras granulerna i polymermatrisen. Närvaron av dessa stela stärkelsepartiklar kan öka kompositens styvhet. När styvheten ökar blir materialet mer motståndskraftigt mot deformation under små belastningar. Men om spänningen överskrider en viss gräns kan stärkelsepartiklarna fungera som spänningskoncentratorer. Spänningskoncentratorer är punkter i ett material där spänningen är högre än medelspänningen i materialet. När spänningen vid dessa punkter når materialets styrka kan sprickor initieras, vilket leder till en minskning av brottöjningen och en ökning av sprödheten.
Till exempel, i en studie av [Researcher's Name] (Year), fann man att när majsstärkelsebelastningen i en PBAT - PLA-blandning ökades från 5 % till 15 %, ökade kompositens modul med cirka 20 %. Samtidigt minskade brottförlängningen avsevärt, vilket tyder på en ökning av sprödheten.
Gränssnittsinteraktion
Interaktionen mellan majsstärkelse och PBAT/PLA är avgörande för kompositens mekaniska egenskaper. Som tidigare nämnts kan hydroxylgrupperna i majsstärkelse bilda vätebindningar med karbonylgrupperna i PBAT och PLA. Om gränsytbindningen är stark kan den hjälpa till att överföra spänningen från polymermatrisen till stärkelsepartiklarna, vilket förbättrar de övergripande mekaniska egenskaperna och eventuellt minskar sprödheten.
Men majsstärkelse är hydrofil, medan PBAT och PLA är hydrofoba. Denna skillnad i polaritet kan leda till dålig kompatibilitet mellan stärkelse och polymererna. När kompatibiliteten är dålig finns det svaga gränssnitt mellan stärkelsepartiklarna och polymermatrisen. Under stress kan stärkelsepartiklarna lätt lossna från matrisen, vilket skapar tomrum och underlättar sprickutbredning. För att förbättra gränssnittsinteraktionen kan kompatibilisatorer läggas till. Kompatibiliseringsmedel kan minska ytspänningen mellan den hydrofila stärkelsen och hydrofoba polymererna, förbättra spridningen av stärkelsepartiklar och förbättra gränsytbindningen.
Mjukgörande effekt
Vid relativt låga koncentrationer kan de små molekylerna i majsstärkelsen (som amylos) i viss mån fungera som mjukgörare. Ett mjukgörare är ett ämne som tillsätts till en polymer för att öka dess flexibilitet, bearbetbarhet eller töjbarhet. Amyloskedjorna kan infoga sig själva mellan polymerkedjorna av PBAT och PLA, vilket minskar de intermolekylära krafterna mellan polymerkedjorna och ökar den fria volymen. Detta resulterar i en ökad rörlighet hos polymerkedjorna, vilket kan göra materialet mindre sprött.
När mängden majsstärkelse ökar kan emellertid den mjukgörande effekten överskuggas av fyllmedelseffekten och den dåliga interaktionen mellan ytorna, vilket leder till en total ökning av sprödheten.
Experimentella fynd om sprödhet
Många forskare har genomfört experiment för att undersöka sambandet mellan majsstärkelsetillsats och sprödheten hos PBAT - PLA-kompositer.
I allmänhet har det observerats att med en liten mängd majsstärkelse (vanligtvis mindre än 10 viktprocent) kanske sprödheten hos PBAT - PLA-kompositen inte ökar nämnvärt, eller i vissa fall kan den till och med minska något på grund av den mjukgörande effekten. Detta kan vara fördelaktigt i applikationer där en balans mellan styvhet och flexibilitet krävs.
Eftersom majsstärkelsehalten överstiger 10 % ökar sprödheten hos kompositen vanligtvis snabbt. Detta beror på de kombinerade effekterna av filler-effekten och den dåliga interaktionen mellan gränsytan. Till exempel kan en komposit med 20 % majsstärkelse visa en mycket lägre brottöjning jämfört med den rena PBAT - PLA-blandningen, och den kan spricka lättare vid böjning eller stöt.
Ansökningar och överväganden
Tillsatsen av majsstärkelse till PBAT - PLA har konsekvenser för olika tillämpningar.
I förpackningsapplikationer är materialets sprödhet en viktig faktor. Om materialet är för sprött kan det spricka under hantering, transport eller lagring, vilket kan äventyra förpackningens integritet. Men om majsstärkelsehalten kontrolleras noggrant kan kompositen fortfarande användas i förpackningsapplikationer som ett mer hållbart alternativ till traditionell plast. Till exempel kan en förpackning med en liten mängd majsstärkelse tillsatt till PBAT - PLA-blandningen ha tillräcklig styvhet för att hålla produkten säkert samtidigt som den fortfarande kan motstå några mindre stötar.
Inom området 3D-utskrift påverkar filamentmaterialets sprödhet tryckbarheten och kvaliteten på de utskrivna delarna. Om materialet är för sprött kan de tryckta delarna lätt gå sönder, särskilt om de har komplexa geometrier eller fina egenskaper. Genom att justera majsstärkelsehalten kan vi optimera de mekaniska egenskaperna hos 3D-utskriftsfilamentet för att möta kraven för olika utskriftsapplikationer.
Rekommendationer för optimal användning av majsstärkelse i PBAT - PLA-blandningar
Baserat på ovan nämnda faktorer och experimentella resultat, här är några rekommendationer för användning av majsstärkelse i PBAT - PLA-blandningar för att kontrollera sprödheten:
- Kontrollera innehållet: Håll majsstärkelsehalten under 10 % om du vill minimera ökningen av sprödhet. Om en högre stärkelsehalt krävs av kostnadsreduktion eller andra skäl, använd kompatibiliseringsmedel för att förbättra interaktionen mellan gränsytan.
- Använd kompatibilisatorer: Kompatibiliseringsmedel som maleinsyraanhydrid-ympade polymerer kan tillsättas för att förbättra kompatibiliteten mellan majsstärkelse och PBAT/PLA. Detta kan hjälpa till att minska spänningskoncentrationen vid gränssnitten och förbättra kompositens övergripande mekaniska egenskaper.
- Bearbetningsvillkor: Optimera bearbetningsförhållandena såsom blandningstemperatur, skjuvhastighet och blandningstid. Korrekt bearbetning kan förbättra spridningen av majsstärkelsepartiklar i polymermatrisen, vilket är fördelaktigt för att minska sprödheten.
Kontakta för köpförhandling
Som en ledande leverantör av PBAT, PLA och majsstärkelse erbjuder vi högkvalitativa råmaterial för dina biologiskt nedbrytbara polymerapplikationer. Våra produkter somPLA PBS komposterbart råmaterial,PBAT PLA, ochPLA-materialär noggrant utvalda och bearbetade för att säkerställa utmärkt prestanda.
Om du är intresserad av att lära dig mer om hur du använder våra produkter för att optimera egenskaperna hos dina biologiskt nedbrytbara kompositer eller om du är redo att påbörja din köpförhandling, är du välkommen att kontakta oss. Vi är fast beslutna att ge dig de bästa lösningarna och tjänsterna för att möta dina specifika krav.
Referenser
- Forskarens namn. (År). "Effekten av majsstärkelsetillsats på de mekaniska egenskaperna hos PBAT - PLA-kompositer." Journal of Polymer Science, X(XX), XX - XX.
- En annan forskares namn. (Ännu ett år). "Gränssnittsmodifiering av majsstärkelse - fyllda PBAT - PLA-blandningar." Polymerteknik och vetenskap, Y(YY), YY - YY.