都是可降解塑料,为什么选PBAT?为什么加碳酸钙?

近年，国内限塑令政策加码，可降解塑料市场空间广阔，PBAT（己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物）作为应用前景最好的可降解材料之一，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，又有较好的耐热性和冲击性能，可以满足制品在包装、购物袋、餐具、农业地膜等方面的应用。   PBAT图源：宏盛化工   1、PBAT的发展优势   从性能上看，聚乳酸（PLA）、PBAT、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等生物降解塑料性能接近普通塑料，为替代不可降解塑料创造了条件；从技术上看，PLA生产的中间原料丙交酯技术难以完全突破，限制产能释放，而PBAT国内生产工艺不受限于国外，产能快速扩张；从应用上看，可降解塑料主要应用在包装、餐饮、医疗和农业等领域。   目前全球PBAT产能最大的三大公司分别是新疆蓝山屯河化工股份有限公司、意大利Novamont和德国巴斯夫(BASF)。目前国内PBAT总产能已达30多万吨。从国内在建产能来看，PBAT将迎来集中投产期，据不完全统计国内在建或规划产能达563万吨，大规模的投产和规划也在一定程度上说明了PBAT材料的市场认可度。   2、PBAT用碳酸钙改性   PBAT虽然性能优良，但价格昂贵，拉伸强度、模量较低等缺陷也限制了它的应用。碳酸钙（CaCO3）来源于自然界，其价格低廉，产量丰富，且种类繁多。将碳酸钙作为塑料添加剂，可以有效降低生产成本，同时保持塑料基体良好的力学性能。   碳酸钙表面有许多羟基，与有机高分子材料相容性差，当到达一定细度后还容易发生团聚，表面改性是必要的辅助手段。目前，钛酸酯和硅烷是应用很广泛的偶联剂，其中钛酸盐是不需要水缩合的质子反应物，硅烷是需要水缩合的羟基反应物，在碳酸钙与PBAT结合时，硅氧烷能与CaCO3和PBAT表面残留的水分子发生反应，能减缓分子链的降解速度，非常适合补强改性应用。   3、碳酸钙/PBAT共混改性研究进展   案例1   邓鹏等将不同细度碳酸钙与PBAT原料及助剂共混挤出制备成高填充母粒，再将母粒与纯PBAT以一定比例混合进行注塑制样，分别得到碳酸钙含量为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%的样品，测试其拉伸强度、断裂伸长率、比重等性能。   研究结果表明：①填充较低时，粉体粒径对样品拉伸强度影响较小，当填充超过30%，拉伸强度随粉体粒径的减小，会逐渐增加。②粉体粒径越细，越有利于提高断裂伸长率。   案例2   庞会霞等用硬脂酸对三种不同粒径的碳酸钙进行表面包覆改性，制备了PBAT/改性CaCO3复合薄膜，研究不同粒径的改性CaCO3对复合薄膜熔融结晶行为、力学性能和水蒸气透过性能的影响。   研究结果表明：①加入改性CaCO3后，PBAT的结晶温度、结晶度及熔融温度都有所提高。②PBAT/改性CaCO3复合薄膜力学性能均有明显的提高，且随着改性CaCO3粒径减小，力学性能逐渐升高。③添加改性CaCO3后复合薄膜对水蒸气的阻隔性能增强。   案例3   李博等采用碳酸钙对PBAT/聚乳酸（PLA）复合材料进行改性，通过吹膜法成功制备出PBAT/PLA/CaCO3共混薄膜，并研究了CaCO3对PBAT/PLA复合材料的影响。   研究结果表明：①CaCO3的加入大大地增加了PBAT/PLA复合材料的热稳定性，同时使PBAT/PLA复合材料的结晶度降低。②CaCO3的加入使PBAT/PLA复合薄膜在力学性能上有了很大的提高，横向和纵向拉伸强度分别从21.06MPa和24.3MPa提高到了24.35MPa和28.7MPa，硬度（HD）达到了51。说明CaCO3对PBAT/PLA复合材料起了显著的增强作用。③在流变测试中，CaCO3的加入使PBAT/PLA的复数黏度、储能模量和损耗模量都有所提高，进一步证明了CaCO3提高了两相界面的结合强度。   案例4   杨冰以PBAT为基材，以50%表面改性的CaCO3为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。   研究结果表明：①随着CaCO3添加量的增加，CaCO3/PBAT复合材料的拉伸性能出现先提高后降低的趋势，而偶联剂以及增溶剂的使用则可以明显提高CaCO3/PBAT（50%）复合材料的拉伸性能。   ②CaCO3/PBAT（50%）薄膜制品的横向拉伸强度可达20.10MPa，纵向拉伸强度可达21.73MPa，横向断裂伸长率为648%，纵向断裂伸长率为528%，熔融指数为1.58g/10min，而且CaCO3分布均匀，完全被PBAT浸润包覆。   小结：CaCO3/PBAT复合材料能实现力学性能提升要求，同时高填充率也能降低PBAT的使用成本，具有良好的应用前景。