Industrija plastike je svjedočila značajnom pomaku ka održivijim rješenjima posljednjih godina. Među njima, poli (butilen adipat - ko-tereftalat) (PBAT) i polimlečna kiselina (PLA) su se pojavili kao biološki razgradivi polimeri koji obećavaju. 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 oblasti biorazgradivih polimera je kukuruzni škrob, koji je u izobilju, jeftin i potpuno biorazgradiv. Kao profesionalni dobavljač PBAT-a, PLA-a i kukuruznog škroba, često nas pitaju o utjecaju dodavanja kukuruznog škroba u mješavinu PBAT-a i PLA-a, posebno na krhkost konačnog proizvoda.
Razumijevanje prirode PBAT-a, PLA-a i kukuruznog škroba
PBAT se odlikuje svojom alifatično-aromatičnom strukturom dugog lanca. Ova struktura mu omogućava da ima izvrsno izduženje pri lomljenju, što znači da se može jako rastegnuti prije nego što pukne. S druge strane, PLA ima polukristalnu strukturu sa jakim intermolekularnim silama zbog prisustva polarnih estarskih grupa. Ovo daje PLA relativno visoku čvrstoću i krutost, ali ga čini i krhkim.
Kukuruzni škrob je prirodni polimer koji se sastoji od amiloze i amilopektina. Ima granularnu strukturu i može djelovati kao punilo kada se dodaje u polimerne matrice. Hidroksilne grupe u kukuruznom škrobu potencijalno mogu formirati vodonične veze sa karbonilnim grupama u PBAT i PLA, što može uticati na fizička svojstva kompozita.
Mehanizam kako kukuruzni škrob utječe na lomljivost
Kada se kukuruzni škrob doda mješavini PBAT - PLA, dolazi do nekoliko faktora koji utiču na krhkost konačnog proizvoda.
Filer Effect
Kukuruzni škrob djeluje kao punilo u PBAT - PLA matrici. Pri malim količinama kukuruznog škroba, granule se raspršuju u polimernoj matrici. Prisustvo ovih krutih čestica škroba 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 napona su tačke u materijalu u kojima je napon veći od prosječnog napona u materijalu. Kada naprezanje u tim točkama dosegne čvrstoću materijala, mogu se pokrenuti pukotine, što dovodi do smanjenja istezanja pri lomljenju i povećanja lomljivosti.
Na primjer, u studiji [Ime istraživača] (Year), otkriveno je da kada je opterećenje kukuruznim škrobom u PBAT - PLA mješavini povećano sa 5% na 15%, modul kompozita se povećao za oko 20%. Istovremeno, rastezanje pri lomljenju se značajno smanjilo, što ukazuje na povećanje lomljivosti.
Interfacijalna interakcija
Interakcija između kukuruznog škroba i PBAT/PLA je ključna za mehanička svojstva kompozita. Kao što je ranije spomenuto, hidroksilne grupe u kukuruznom škrobu mogu formirati vodikove veze sa karbonilnim grupama u PBAT i PLA. Ako je međufazna veza jaka, može pomoći u prijenosu naprezanja s polimerne matrice na čestice škroba, čime se poboljšavaju ukupna mehanička svojstva i potencijalno smanjuje lomljivost.
Međutim, kukuruzni škrob je hidrofilan, dok su PBAT i PLA hidrofobni. Ova razlika u polarnosti može dovesti do loše kompatibilnosti između škroba i polimera. Kada je kompatibilnost loša, postoje slabe granice između čestica škroba i polimerne matrice. Pod stresom, čestice škroba se mogu lako odvojiti od matrice, stvarajući praznine i olakšavajući širenje pukotina. Da bi se poboljšala međufazna interakcija, mogu se dodati kompatibilizatori. Kompatibilizatori mogu smanjiti površinsku napetost između hidrofilnog škroba i hidrofobnih polimera, poboljšavajući disperziju čestica škroba i poboljšavajući međufaznu vezu.
Plasticizing Effect
Pri relativno niskim koncentracijama, male molekule u kukuruznom škrobu (kao što je amiloza) mogu djelovati kao plastifikatori u određenoj mjeri. Plastifikator je tvar koja se dodaje polimeru kako bi se povećala njegova fleksibilnost, obradivost ili rastegljivost. Lanci amiloze mogu se ubaciti između polimernih lanaca PBAT-a i PLA-a, smanjujući intermolekularne sile između polimernih lanaca i povećavajući slobodni volumen. To rezultira povećanjem pokretljivosti polimernih lanaca, što može učiniti materijal manje krhkim.
Međutim, kako se količina kukuruznog škroba povećava, efekat plastificiranja može biti zasjenjen efektom punila i lošom međufaznom interakcijom, što dovodi do ukupnog povećanja lomljivosti.
Eksperimentalni nalazi o krhkosti
Mnogi istraživači su proveli eksperimente kako bi istražili vezu između dodavanja kukuruznog škroba i krhkosti PBAT - PLA kompozita.
Općenito, primijećeno je da se s malom količinom kukuruznog škroba (obično manje od 10% po težini), krhkost PBAT - PLA kompozita možda neće značajno povećati, ili se u nekim slučajevima čak može blago smanjiti zbog efekta plastificiranja. Ovo može biti korisno u aplikacijama gdje je potrebna ravnoteža između krutosti i fleksibilnosti.
Kako sadržaj kukuruznog škroba prelazi 10%, krhkost kompozita se obično brzo povećava. Ovo je zbog kombinovanih efekata efekta punila i slabe međufazne interakcije. Na primjer, kompozit sa 20% kukuruznog škroba može pokazati mnogo manje istezanje pri lomljenju u poređenju sa čistom mješavinom PBAT - PLA i može lakše pucati pod savijanjem ili udarom.
Primjene i razmatranja
Dodavanje kukuruznog škroba u PBAT - PLA ima implikacije za različite primjene.
U primjeni pakiranja, krhkost materijala je važno razmatranje. Ako je materijal previše krt, može napuknuti tokom rukovanja, transporta ili skladištenja, što može ugroziti integritet pakovanja. Međutim, ako se sadržaj kukuruznog škroba pažljivo kontrolira, kompozit se i dalje može koristiti u primjenama pakiranja kao održivija alternativa tradicionalnoj plastici. Na primjer, pakovanje s malom količinom kukuruznog škroba dodano u PBAT - PLA mješavinu može imati dovoljnu krutost da čvrsto drži proizvod, a da i dalje može izdržati neke manje udare.
U oblasti 3D štampe, krhkost filamentnog materijala utiče na mogućnost štampanja i kvalitet štampanih delova. Ako je materijal previše krt, odštampani dijelovi mogu se lako slomiti, posebno ako imaju složenu geometriju ili fine karakteristike. Prilagođavanjem sadržaja kukuruznog škroba možemo optimizirati mehanička svojstva filamenta za 3D štampu kako bismo zadovoljili zahtjeve različitih aplikacija za štampu.
Preporuke za optimalnu upotrebu kukuruznog škroba u PBAT - PLA mješavinama
Na osnovu gore navedenih faktora i eksperimentalnih rezultata, evo nekoliko preporuka za korištenje kukuruznog škroba u PBAT - PLA mješavinama za kontrolu lomljivosti:
- Kontrolišite sadržaj: Održavajte sadržaj kukuruznog škroba ispod 10% ako želite da minimizirate povećanje lomljivosti. Ako je potreban veći sadržaj škroba zbog smanjenja troškova ili drugih razloga, koristite kompatibilne za poboljšanje međufazne interakcije.
- Koristite kompatibilne uređaje: Kompatibilizatori kao što je anhidrid maleinske kiseline - kalemljeni polimeri mogu se dodati da bi se poboljšala kompatibilnost između kukuruznog škroba i PBAT/PLA. Ovo može pomoći u smanjenju koncentracije naprezanja na sučeljima i poboljšanju ukupnih mehaničkih svojstava kompozita.
- Uslovi 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 o kupovini
Kao vodeći dobavljač PBAT, PLA i kukuruznog škroba, nudimo visokokvalitetne sirovine za vaše biorazgradive polimerne aplikacije. Naši proizvodi poputPLA PBS kompostabilna sirovina,PBAT PLA, iPLA materijalpažljivo su odabrani i obrađeni kako bi se osigurale odlične performanse.
Ako ste zainteresirani da saznate više o tome kako koristiti naše proizvode za optimizaciju svojstava vaših biorazgradivih kompozita ili ako ste spremni započeti pregovore o kupovini, slobodno nas kontaktirajte. Posvećeni smo pružanju najboljih rješenja i usluga kako bismo zadovoljili vaše specifične zahtjeve.
Reference
- Ime istraživača. (Godina). "Utjecaj dodatka kukuruznog škroba na mehanička svojstva PBAT - PLA kompozita." Journal of Polymer Science, X(XX), XX - XX.
- Ime drugog istraživača. (Još jedna godina). "Međufazna modifikacija kukuruznog škroba - punjene PBAT - PLA mješavine." Inženjering i nauka polimera, Y(YY), YY - YY.