Industrija plastike posljednjih je godina svjedočila značajnom pomaku prema održivijim rješenjima. Među njima, poli(butilen adipat-ko-tereftalat) (PBAT) i polimliječna kiselina (PLA) pojavili su se kao obećavajući biorazgradivi polimeri. PBAT je biorazgradivi kopoliester poznat po svojoj visokoj fleksibilnosti i žilavosti, dok je PLA termoplastični poliester dobiven iz obnovljivih izvora kao što je kukuruzni škrob, koji je krut i ima dobru preradljivost. Drugi važan materijal u području biorazgradivih polimera je kukuruzni škrob, kojeg ima u izobilju, jeftin je i potpuno je biorazgradiv. Kao profesionalnog dobavljača PBAT, PLA i kukuruznog škroba, često nas pitaju o utjecaju dodavanja kukuruznog škroba u mješavinu PBAT i PLA, posebno na lomljivost konačnog proizvoda.
Razumijevanje prirode PBAT, PLA i kukuruznog škroba
PBAT karakterizira njegova dugolančana alifatska aromatska struktura. Ova struktura mu omogućuje izvrsno rastezanje pri lomu, što znači da se može jako rastegnuti prije nego što pukne. S druge strane, PLA ima polukristalnu strukturu s jakim međumolekularnim silama zbog prisutnosti polarnih esterskih skupina. To PLA-u daje relativno visoku čvrstoću i krutost, ali ga čini i lomljivim.
Kukuruzni škrob je prirodni polimer sastavljen od amiloze i amilopektina. Ima granularnu strukturu i može djelovati kao punilo kada se dodaje u polimerne matrice. Hidroksilne skupine u kukuruznom škrobu mogu potencijalno formirati vodikove veze s karbonilnim skupinama u PBAT i PLA, što može utjecati na fizikalna svojstva kompozita.
Mehanizam utjecaja kukuruznog škroba na lomljivost
Kada se kukuruzni škrob doda mješavini PBAT - PLA, nekoliko čimbenika ulazi u igru koji utječu na krtost konačnog proizvoda.
Učinak punila
Kukuruzni škrob djeluje kao punilo u PBAT - PLA matrici. Pri niskim udjelima kukuruznog škroba, granule se raspršuju u polimernoj matrici. Prisutnost ovih krutih škrobnih čestica može povećati krutost kompozita. Kako se krutost povećava, materijal postaje otporniji na deformacije pod malim opterećenjima. Međutim, ako stres prijeđe određenu granicu, čestice škroba mogu djelovati kao koncentratori stresa. Koncentratori naprezanja su točke u materijalu gdje je naprezanje veće od prosječnog naprezanja u materijalu. Kada naprezanje u tim točkama dosegne čvrstoću materijala, mogu nastati pukotine, što dovodi do smanjenja istezanja pri prekidu i povećanja lomljivosti.
Na primjer, u studiji koju je proveo [Ime istraživača] (godina), otkriveno je da kada je udio kukuruznog škroba u mješavini PBAT - PLA povećan s 5% na 15%, modul kompozita se povećao za oko 20%. Istodobno se rastezanje pri prekidu značajno smanjilo, što ukazuje na povećanje lomljivosti.
Međufazna interakcija
Interakcija između kukuruznog škroba i PBAT/PLA presudna je za mehanička svojstva kompozita. Kao što je ranije spomenuto, hidroksilne skupine u kukuruznom škrobu mogu formirati vodikove veze s karbonilnim skupinama u PBAT i PLA. Ako je međupovršinska veza jaka, može pomoći u prijenosu stresa s polimerne matrice na čestice škroba, čime se poboljšavaju ukupna mehanička svojstva i potencijalno smanjuje krtost.
Međutim, kukuruzni škrob je hidrofilan, dok su PBAT i PLA hidrofobni. Ova razlika u polaritetu može dovesti do loše kompatibilnosti između škroba i polimera. Kada je kompatibilnost loša, postoje slaba sučelja između čestica škroba i polimerne matrice. Pod stresom, čestice škroba mogu se lako odvojiti od matrice, stvarajući šupljine i olakšavajući širenje pukotina. Kako bi se poboljšala međufazna interakcija, mogu se dodati kompatibilizatori. Sredstva za kompatibilnost mogu smanjiti površinsku napetost između hidrofilnog škroba i hidrofobnih polimera, poboljšavajući disperziju čestica škroba i pojačavajući međufazno povezivanje.
Učinak plastificiranja
U relativno niskim koncentracijama, male molekule u kukuruznom škrobu (kao što je amiloza) mogu u određenoj mjeri djelovati kao plastifikatori. Plastifikator je tvar koja se dodaje polimeru kako bi se povećala njegova fleksibilnost, obradivost ili rastezljivost. Lanci amiloze mogu se umetnuti između polimernih lanaca PBAT i PLA, smanjujući međumolekularne sile između polimernih lanaca i povećavajući slobodni volumen. To rezultira povećanjem pokretljivosti polimernih lanaca, što može učiniti materijal manje lomljivim.
Međutim, kako se količina kukuruznog škroba povećava, učinak plastificiranja može biti zasjenjen učinkom punila i slabom međufaznom interakcijom, što dovodi do ukupnog povećanja lomljivosti.
Eksperimentalni nalazi o krtosti
Mnogi su istraživači proveli eksperimente kako bi istražili odnos između dodatka kukuruznog škroba i krtosti PBAT - PLA kompozita.
Općenito, primijećeno je da se s malom količinom kukuruznog škroba (obično manje od 10% masenog udjela) lomljivost PBAT - PLA kompozita možda neće značajno povećati ili se u nekim slučajevima može čak malo smanjiti zbog učinka plastificiranja. To može biti korisno u primjenama gdje je potrebna ravnoteža između krutosti i fleksibilnosti.
Kako sadržaj kukuruznog škroba prelazi 10%, krtost kompozita obično brzo raste. To je zbog kombiniranih učinaka učinka punila i slabe međupovršinske interakcije. Na primjer, kompozit s 20% kukuruznog škroba može pokazati mnogo niže istezanje pri lomu u usporedbi s čistom mješavinom PBAT - PLA i može lakše puknuti pod savijanjem ili udarcem.
Primjene i razmatranja
Dodatak kukuruznog škroba u PBAT - PLA ima implikacije za različite primjene.
U primjenama pakiranja, krtost materijala je važno razmatranje. Ako je materijal previše krt, može puknuti tijekom rukovanja, transporta ili skladištenja, što može ugroziti cjelovitost pakiranja. Međutim, ako se pažljivo kontrolira sadržaj kukuruznog škroba, kompozit se i dalje može koristiti u primjenama pakiranja kao održivija alternativa tradicionalnoj plastici. Na primjer, pakiranje s malom količinom kukuruznog škroba dodanog u mješavinu PBAT - PLA može imati dovoljno čvrstine da sigurno drži proizvod, a istovremeno može izdržati neke manje udarce.
U području 3D ispisa, krtost filamentnog materijala utječe na mogućnost ispisa i kvalitetu tiskanih dijelova. Ako je materijal previše krt, otisnuti dijelovi mogu se lako slomiti, osobito ako imaju složenu geometriju ili fine karakteristike. Podešavanjem sadržaja kukuruznog škroba, možemo optimizirati mehanička svojstva filamenta za 3D ispis kako bismo zadovoljili zahtjeve različitih aplikacija ispisa.
Preporuke za optimalnu upotrebu kukuruznog škroba u mješavinama PBAT - PLA
Na temelju gore navedenih čimbenika i eksperimentalnih rezultata, evo nekoliko preporuka za upotrebu kukuruznog škroba u PBAT - PLA mješavinama za kontrolu lomljivosti:
- Kontrolirajte sadržaj: Držite sadržaj kukuruznog škroba ispod 10% ako želite smanjiti povećanje lomljivosti. Ako je potreban viši sadržaj škroba zbog smanjenja troškova ili drugih razloga, upotrijebite sredstva za kompatibilnost kako biste poboljšali međufaznu interakciju.
- Koristite sredstva za kompatibilnost: Kompatibilizatori kao što je maleinski anhidrid - cijepljeni polimeri mogu se dodati kako bi se poboljšala kompatibilnost između kukuruznog škroba i PBAT/PLA. To može pomoći u smanjenju koncentracije naprezanja na sučeljima i poboljšanju ukupnih mehaničkih svojstava kompozita.
- Uvjeti obrade: Optimizirajte uvjete obrade kao što su temperatura miješanja, brzina smicanja i vrijeme miješanja. Pravilna obrada može poboljšati disperziju čestica kukuruznog škroba u polimernoj matrici, što je korisno za smanjenje lomljivosti.
Kontakt za pregovore oko kupnje
Kao vodeći dobavljač PBAT, PLA i kukuruznog škroba, nudimo visokokvalitetne sirovine za vaše primjene biorazgradivih polimera. Naši proizvodi poputPLA PBS sirovina za kompostiranje,PBAT PLA, iPLA materijalsu pažljivo odabrani i obrađeni kako bi se osigurala izvrsna izvedba.
Ako ste zainteresirani saznati više o tome kako koristiti naše proizvode za optimizaciju svojstava vaših biorazgradivih kompozita ili ako ste spremni započeti pregovore o kupnji, slobodno nas kontaktirajte. Posvećeni smo pružanju najboljih rješenja i usluga za ispunjavanje vaših specifičnih zahtjeva.
Reference
- Ime istraživača. (Godina). "Učinak dodatka kukuruznog škroba na mehanička svojstva PBAT - PLA kompozita." Journal of Polymer Science, X(XX), XX - XX.
- Još jedno ime istraživača. (Još jedna godina). "Međupovršinska modifikacija mješavina kukuruznog škroba s punjenjem PBAT - PLA." Inženjerstvo i znanost o polimerima, Y(YY), YY - YY.