A műanyagipar az elmúlt években jelentős elmozduláson ment keresztül a fenntarthatóbb megoldások felé. Ezek közül a poli (butilén-adipát-ko-tereftalát) (PBAT) és a politejsav (PLA) ígéretes biológiailag lebomló polimerekként jelentek meg. A PBAT egy biológiailag lebomló kopoliészter, amely nagy rugalmasságáról és szívósságáról ismert, míg a PLA egy megújuló erőforrásokból, például kukoricakeményítőből származó hőre lágyuló poliészter, amely merev és jó feldolgozhatósággal rendelkezik. Egy másik fontos anyag a biológiailag lebomló polimerek birodalmában a kukoricakeményítő, amely bőséges, alacsony költségű és teljesen biológiailag lebontható. Professzionális PBAT-, PLA- és kukoricakeményítő-szállítóként gyakran kérdeznek tőlünk a kukoricakeményítő PBAT és PLA keverékéhez való hozzáadásának hatásairól, különösen a végtermék ridegségére.
A PBAT, PLA és kukoricakeményítő természetének megértése
A PBAT-ot hosszú láncú alifás aromás szerkezete jellemzi. Ez a szerkezet kiváló szakadási nyúlást tesz lehetővé, ami azt jelenti, hogy nagyon meg tud nyúlni, mielőtt eltörne. Másrészt a PLA félkristályos szerkezetű, és erős intermolekuláris erőkkel rendelkezik a poláris észtercsoportok jelenléte miatt. Ez viszonylag nagy szilárdságot és merevséget biztosít a PLA-nak, de törékennyé is teszi.
A kukoricakeményítő amilózból és amilopektinből álló természetes polimer. Szemcsés szerkezetű, és töltőanyagként működhet, ha polimer mátrixokhoz adják. A kukoricakeményítőben lévő hidroxilcsoportok potenciálisan hidrogénkötéseket képezhetnek a PBAT és PLA karbonilcsoportjaival, ami befolyásolhatja a kompozit fizikai tulajdonságait.
A kukoricakeményítő ridegségre gyakorolt hatásának mechanizmusa
Amikor kukoricakeményítőt adunk egy PBAT-PLA keverékhez, számos olyan tényező lép működésbe, amelyek befolyásolják a végtermék ridegségét.
Kitöltő hatás
A kukoricakeményítő töltőanyagként működik a PBAT-PLA mátrixban. Alacsony kukoricakeményítő terhelés esetén a granulátum diszpergálódik a polimer mátrixban. Ezeknek a merev keményítőszemcséknek a jelenléte növelheti a kompozit merevségét. A merevség növekedésével az anyag ellenállóbbá válik a kis terhelések hatására bekövetkező deformációkkal szemben. Ha azonban a feszültség túllép egy bizonyos határt, a keményítőrészecskék feszültségkoncentrátorként működhetnek. A feszültségkoncentrátorok olyan pontok az anyagban, ahol a feszültség nagyobb, mint az anyag átlagos feszültsége. Amikor ezeken a pontokon a feszültség eléri az anyag szilárdságát, repedések keletkezhetnek, ami a szakadási nyúlás csökkenéséhez és a ridegség növekedéséhez vezet.
Például a [Researcher's Name] (Year) tanulmányában azt találták, hogy amikor a kukoricakeményítő-terhelést egy PBAT-PLA keverékben 5%-ról 15%-ra növelték, a kompozit modulusa körülbelül 20%-kal nőtt. Ugyanakkor a szakadási nyúlás jelentősen csökkent, ami a ridegség növekedését jelzi.
Interfész interakció
A kukoricakeményítő és a PBAT/PLA közötti kölcsönhatás döntő fontosságú a kompozit mechanikai tulajdonságai szempontjából. Amint azt korábban említettük, a kukoricakeményítőben lévő hidroxilcsoportok hidrogénkötéseket hozhatnak létre a PBAT és PLA karbonilcsoportjaival. Ha a határfelületi kötés erős, segíthet a feszültség átvitelében a polimer mátrixról a keményítőrészecskékre, javítva ezzel az általános mechanikai tulajdonságokat és potenciálisan csökkentve a ridegséget.
A kukoricakeményítő azonban hidrofil, míg a PBAT és a PLA hidrofób. Ez a polaritásbeli különbség a keményítő és a polimerek közötti rossz kompatibilitáshoz vezethet. Ha a kompatibilitás gyenge, gyenge határfelületek vannak a keményítőrészecskék és a polimer mátrix között. Feszültség hatására a keményítőrészecskék könnyen leválaszthatók a mátrixról, üregeket hozva létre és megkönnyítve a repedések terjedését. A felületi interakció javítása érdekében kompatibilizátorokat lehet hozzáadni. A kompatibilizátorok csökkenthetik a felületi feszültséget a hidrofil keményítő és a hidrofób polimerek között, javítva a keményítőrészecskék diszperzióját és a határfelületi kötést.
Plasztifikáló hatás
Viszonylag alacsony koncentrációban a kukoricakeményítőben lévő kis molekulák (például amilóz) bizonyos mértékig lágyítóként működhetnek. A lágyító olyan anyag, amelyet a polimerhez adnak, hogy növeljék annak rugalmasságát, bedolgozhatóságát vagy nyújthatóságát. Az amilóz láncok beilleszkedhetnek a PBAT és PLA polimer láncai közé, csökkentve a polimerláncok közötti intermolekuláris erőket és növelve a szabad térfogatot. Ez a polimerláncok mobilitásának növekedését eredményezi, ami kevésbé törékennyé teheti az anyagot.
A kukoricakeményítő mennyiségének növekedésével azonban a lágyító hatást beárnyékolhatja a töltőanyag hatás és a gyenge határfelületi kölcsönhatás, ami a ridegség általános növekedéséhez vezet.
Kísérleti eredmények a ridegségről
Sok kutató végzett kísérleteket a kukoricakeményítő hozzáadása és a PBAT - PLA kompozitok ridegsége közötti kapcsolat vizsgálatára.
Általánosságban elmondható, hogy kis mennyiségű (általában 10 tömegszázaléknál kisebb) kukoricakeményítő mellett a PBAT-PLA kompozit ridegsége nem növekszik jelentősen, sőt egyes esetekben a lágyító hatás miatt kismértékben csökkenhet is. Ez előnyös lehet olyan alkalmazásokban, ahol egyensúlyra van szükség a merevség és a rugalmasság között.
Mivel a kukoricakeményítő-tartalom meghaladja a 10%-ot, a kompozit ridegsége általában gyorsan növekszik. Ez a töltőhatás és a rossz határfelületi kölcsönhatás együttes hatásaiból adódik. Például egy 20% kukoricakeményítőt tartalmazó kompozit sokkal kisebb szakadási nyúlást mutathat, mint a tiszta PBAT-PLA keverék, és könnyebben megrepedhet hajlítás vagy ütés hatására.
Alkalmazások és szempontok
A kukoricakeményítő PBAT-PLA-hoz való hozzáadása számos alkalmazási területet érint.
A csomagolási alkalmazásoknál fontos szempont az anyag ridegsége. Ha az anyag túl törékeny, megrepedhet a kezelés, szállítás vagy tárolás során, ami veszélyeztetheti a csomagolás épségét. Ha azonban a kukoricakeményítő-tartalmat gondosan ellenőrzik, a kompozit továbbra is felhasználható a csomagolási alkalmazásokban a hagyományos műanyagok fenntarthatóbb alternatívájaként. Például egy olyan csomag, amelyben kis mennyiségű kukoricakeményítőt adnak a PBAT-PLA keverékhez, elegendő merevséggel rendelkezhet ahhoz, hogy biztonságosan tartsa a terméket, miközben képes ellenállni néhány kisebb ütésnek.
A 3D nyomtatás területén a filament anyag ridegsége befolyásolja a nyomtathatóságot és a nyomtatott részek minőségét. Ha az anyag túl törékeny, a nyomtatott részek könnyen eltörhetnek, különösen, ha bonyolult geometriájúak vagy finom jellemzőkkel rendelkeznek. A kukoricakeményítő-tartalom beállításával optimalizálhatjuk a 3D nyomtatószál mechanikai tulajdonságait, hogy megfeleljenek a különböző nyomtatási alkalmazások követelményeinek.
Javaslatok a kukoricakeményítő optimális felhasználásához PBAT - PLA keverékekben
A fent említett tényezők és kísérleti eredmények alapján az alábbiakban adunk néhány javaslatot a kukoricakeményítő PBAT - PLA keverékekben való felhasználására a ridegség szabályozására:
- Irányítsd a tartalmat: Tartsa 10% alatt a kukoricakeményítő-tartalmat, ha minimalizálni szeretné a ridegség növekedését. Ha költségcsökkentés vagy egyéb okok miatt magasabb keményítőtartalomra van szükség, használjon kompatibilizátorokat a határfelületi kölcsönhatás javítására.
- Használjon kompatibilizátorokat: A kukoricakeményítő és a PBAT/PLA közötti kompatibilitás javítása érdekében kompatibilizáló szerek, például maleinsavanhidriddel ojtott polimerek adhatók hozzá. Ez segíthet csökkenteni a feszültségkoncentrációt a határfelületeken és javítani a kompozit általános mechanikai tulajdonságait.
- Feldolgozási feltételek: Optimalizálja a feldolgozási körülményeket, például a keverési hőmérsékletet, a nyírási sebességet és a keverési időt. A megfelelő feldolgozás javíthatja a kukoricakeményítő részecskék diszperzióját a polimer mátrixban, ami előnyös a ridegség csökkentésében.
Kapcsolatfelvétel vásárlási egyeztetés céljából
A PBAT, PLA és kukoricakeményítő vezető szállítójaként kiváló minőségű nyersanyagokat kínálunk biológiailag lebomló polimer alkalmazásokhoz. Termékeink, mint aPLA PBS komposztálható nyersanyag,PBAT PLA, ésPLA anyaggondosan kiválasztottak és feldolgozottak a kiváló teljesítmény érdekében.
Ha többet szeretne megtudni arról, hogyan használhatja termékeinket biológiailag lebomló kompozitjai tulajdonságainak optimalizálására, vagy ha készen áll a vásárlási tárgyalások megkezdésére, forduljon hozzánk bizalommal. Elkötelezettek vagyunk amellett, hogy a legjobb megoldásokat és szolgáltatásokat kínáljuk Önnek, hogy megfeleljenek az Ön egyedi igényeinek.
Hivatkozások
- Kutató neve. (Év). "A kukoricakeményítő hozzáadásának hatása a PBAT - PLA kompozitok mechanikai tulajdonságaira." Journal of Polymer Science, X(XX), XX - XX.
- Egy másik kutató neve. (Még egy év). "Kukoricakeményítő határfelületi módosítása - Töltött PBAT - PLA keverékek." Polymer Engineering and Science, Y(YY), YY - YY.