stringtranslate.com

Полибутиленадипаттерефталат

PBAT (сокращение от полибутиленадипаттерефталат) — это биоразлагаемый случайный сополимер , в частности, сополиэфир адипиновой кислоты , 1,4-бутандиола и терефталевой кислоты . PBAT производится многими различными производителями и может быть известен под торговыми марками ecoflex , Wango, Ecoworld , Eastar Bio и Origo-Bi . Его также называют поли(бутиленадипат-со-терефталатом), а иногда полибутират-адипат-терефталатом [1] (неправильное название) или даже просто «полибутират». [2] Он обычно продается как полностью биоразлагаемая альтернатива полиэтилену низкой плотности , имеющая много схожих свойств, включая гибкость и упругость, что позволяет использовать его для многих схожих целей, таких как пластиковые пакеты и обертки. [3] Структура представляет собой случайный блочный полимер, состоящий из блоков бутандиол-адипиновой кислоты и бутандиол-терефталевой кислоты.

История

Производство пластмасс для использования в промышленном секторе по всему миру составляет очень большой рынок. ПЭТ ( полиэтилентерефталат ) является одним из доминирующих пластиков на этом рынке. Он обычно используется для бутылок, поскольку он делает жесткую тару очень легкой. Однако из-за стабильности ПЭТ он также очень устойчив к биодеградации, что создает значительную экологическую проблему из-за количества ПЭТ, производимого, продаваемого, используемого и выбрасываемого ежедневно. По оценкам, 30% мирового производства ПЭТ идет на изготовление этих пластиковых бутылок, и только от 15% до 35% перерабатывается; остальное обычно оказывается на свалке. [4] Это стимулировало исследования полимеров, которые функционируют сопоставимо с ПЭТ, но являются биоразлагаемыми . [5]

Как и во всех разработках в области материалов, существует несколько требований к «идеальному» материалу. Для биоразлагаемых пластиков они должны быть: дешевыми, возобновляемыми, простыми в производстве и экологически чистыми. В дополнение к этому полимер должен быть достаточно прочным, чтобы быть функциональным, например, выдерживать нагрузку под давлением, и гибким, чтобы его было легко формовать. Не существует гомополимеров, которые идеально обеспечивают все эти характеристики. Поэтому исследователи обратили свое внимание на сополимеры : комбинации полимеров, которые имеют химические и механические свойства, которые дополняют друг друга. Это привело к выявлению поли(бутиленадипат-со-терефталата) (PBAT) в качестве потенциального сополимера для смешивания.

PBAT — это случайный сополимер, известный своей гибкостью и прочностью. Это делает его идеальным для сочетания с другими биоразлагаемыми полимерами, которые имеют высокий модуль упругости и прочность, но очень хрупкие . [6] Это позволяет производить смешанные сополимеры, которые могут заменить стандартные промышленные пластики на экологически безопасные и биоразлагаемые пластики, которые безвредно исчезнут за короткий промежуток времени.

Характеристики

PBAT классифицируется как случайный сополимер из-за его случайной структуры. Это также означает, что он не может кристаллизоваться в какой-либо значительной степени из-за отсутствия какого-либо структурного порядка. Это приводит к нескольким физическим свойствам: широкая точка плавления, низкий модуль упругости и жесткость, но высокая гибкость и прочность. Гибкость и прочность этого полимера делают его идеальным для смешивания с другим биоразлагаемым полимером, который является прочным и жестким для производства бутылок. [5]

Недостатком этого полимера является то, что если он обладает высокой гибкостью и прочностью, то он не будет прочным и жестким. Это делает его неидеальным для любой ситуации, в которой требуется прочный, жесткий контейнер. Примером этого могут служить прозрачные барьеры, такие как барьеры из плексигласа ( полиметилметакрилата) , прозрачного заменителя стекла. [5]

PBAT полностью биоразлагаем при компостировании из-за наличия групп бутиленадипата. Высокая стабильность и механические свойства обусловлены терефталатными частями. [5]

Не разлагается в морской и пресной воде. [7]

Подготовка

Полиэфир адипиновой кислоты синтезируется с использованием 1,4-бутандиола . Длины цепей поддерживаются на низком уровне за счет использования избытка диола в реакции.

ПБАТ синтезируется из полимера 1,4-бутандиола и адипиновой кислоты и полимера диметилтерефталата (ДМТ) с 1,4-бутандиолом.

Адипиновая кислота и 1,4-бутандиол полимеризуются для создания их полиэфира (плюс вода). DMT и 1,4-бутандиол также реагируют для образования их полиэфира (плюс метанол ). Затем этот полиэфир добавляется к полиэфиру бутиленадипиновой кислоты с использованием тетрабутоксититана (TBOT) в качестве катализатора переэтерификации ; избыток 1,4-бутандиола влияет на длину цепи. Результатом является сополимер двух ранее приготовленных полимеров.

Полиэфир DMT генерируется с использованием 1,4-бутандиола . Это второй полимер, используемый с продуктом шага 1 для создания сополимера PBAT .
TBOT используется для катализа переэтерификации полиэфиров адипиновой кислоты и DMT с целью получения статистического сополимера PBAT.

Это случайный сополимер, поскольку нет контроля над дисперсностью длин полимерной цепи или структурированием блоков в реакциях сополимеризации; повторяющиеся положения не контролируются. Если A = полиэфир адипиновой кислоты и B = полиэфир DMT, каждый с 1,4-бутандиолом, то структурирование цепи может выглядеть как любое из этих: AABABBABA или ABABAAABB или ABABABBBBA; нет селективности для A и B, реагирующих друг с другом или друг с другом. [8]

Коммерческие источники

PBAT производится коммерчески компанией BASF под торговой маркой ecoflex [3] и в смеси с поли(молочной кислотой) под названием ecovio , [9] компанией Novamont как Origo-Bi и в смеси с крахмалом под названием Mater-Bi , [10] компанией Zhuhai Wango Chemical Co Ltd под названием Wango , компанией JinHui Zhaolong как Ecoworld и в смеси с крахмалом под названием Ecowill , а также компанией Eastman Chemical как Eastar Bio . [11] Кроме того, поставщики в Китае и других странах теперь производят PBAT. К этим компаниям относятся Zhejiang Biodegradable Advanced Material Co. Ltd, Dongguan Xinhai Environmental Protection Material Co., Ltd., [12] Hangzhou Ruijiang Chemical Co., Ltd., [13] и Jiangsu Torise Biomaterials Co., Ltd. [14] в Китае, а также Green Chemical Co., Ltd. [15] и WILLEAP [16] в Южной Корее.

Текущее и будущее использование

PBAT продается на рынке как полностью биоразлагаемый пластик , при этом ecoflex от BASF демонстрирует 90%-ную деградацию после 80 дней испытаний. [17] Конкретные области применения, которые выделяют производители, включают липкую пленку для упаковки пищевых продуктов , компостируемые пластиковые пакеты для садоводства и сельского хозяйства, а также в качестве водостойких покрытий для других материалов, таких как бумажные стаканчики . [18] Благодаря своей высокой гибкости и биоразлагаемой природе PBAT также продается как добавка для более жестких биоразлагаемых пластиков для придания гибкости при сохранении полной биоразлагаемости конечной смеси.

PBAT уже широко представлен на рынке и используется для всех вышеперечисленных применений, но также исследуется как компонент в антимикробных пленках. В таких пленках PBAT служит основной частью пленки, а антимикробный агент включается в процесс обработки. Антимикробные пленки будут использоваться в пищевой упаковке для подавления роста бактерий, помогая безопасно сохранять пищевые продукты. [19]

Ссылки

  1. ^ Жаклин Стагнер (ноябрь 2015 г.). «Образование метана при анаэробном сбраживании биоразлагаемых пластиков – обзор». Международный журнал экологических исследований . 73 (3): 462–468. doi :10.1080/00207233.2015.1108607. S2CID  101024423.
  2. ^ Хайме Франциско Гомес-Гомес; и др. (2016). "Композиты из отходов джинсовой ткани и полипропилена как материал для дизайна новых продуктов". Libro de Actas - Systems & Design: Beyond Processes and Thinking (IFDP - SD2016) . doi : 10.4995/IFDP.2016.3360 . ISBN 978-84-9048-440-1. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  3. ^ ab "Сертифицированный компостируемый и биоразлагаемый сополиэстер - ecoflex" . Получено 2017-02-09 .
  4. ^ «Каков жизненный цикл пластиковой бутылки?». Wise Geek . Получено 13 февраля 2014 г.
  5. ^ abcd Shahlari, Mahin (ноябрь 2008 г.). "Биоразлагаемые полимерно-глиняные нанокомпозиты на основе поли(бутиленадипат-со-терефталата) и поли(молочной кислоты)". Труды ежегодного собрания AIChE 2008 г. Американский институт инженеров-химиков. hdl : 10355/32635 .
  6. ^ Цзян, Лонг; Уолкотт, Чжан (26 октября 2005 г.). «Исследование биоразлагаемых смесей полилактида/поли(бутиленадипат-со-терефталата)». Биомакромолекулы . 7 (1): 199–207. doi :10.1021/bm050581q. PMID  16398516.
  7. ^ Kliem, S.; Kreutzbruck, M.; Bonten, C. (2020). «Обзор биологической деградации полимеров в различных средах». Материалы . 13 (20): 4586. Bibcode : 2020Mate...13.4586K. doi : 10.3390/ma13204586 . PMC 7602512. PMID  33076314 . 
  8. ^ Пэн, Чжао; Лю, Ваньцян; У, Циншэн; Жэнь, Цзе (27 ноября 2009 г.). «Подготовка, механические и термические свойства биоразлагаемых смесей полиэфиров/полимолочной кислоты». Nanomaterials . 2010 (2010): 8 . Получено 10 февраля 2014 г.
  9. ^ "Сертифицированный компостируемый, биоразлагаемый и биооснованный полимер - ecovio" . Получено 2017-02-09 .
  10. ^ "Novamont запускает 4-е поколение биопластика" . Получено 14 февраля 2014 г. .
  11. ^ "EASTAR BIO Copolyester сертифицирован Biodegradable Products" . Получено 14 февраля 2014 г. .
  12. ^ "Seen High Bioplast Limited" . Получено 14 марта 2014 г.
  13. ^ "RUIchem" . Получено 14 марта 2014 г. .
  14. ^ "Torise Biomaterials Co., Ltd" . Получено 14 марта 2014 г.
  15. ^ "Green Chemical Co., Ltd" . Получено 14 марта 2014 г.
  16. ^ "WILLEAP" . Получено 14 марта 2014 г.
  17. ^ "Сертифицировано – Компостируемость ecoflex" . Получено 2017-02-09 .
  18. ^ "Покрытия для бумаги - ecovio PS1606" . Получено 2017-02-09 .
  19. ^ Luis Bastarrachea; Sumeet Dhawan; Shyam S. Sablani; Jae-Hyun Mah; Dong-Hyun Kang; Jinwen Zhang; Juming Tang (2010). "Биоразлагаемые пленки поли(бутиленадипат-со-терефталата) с включением низина: характеристика и эффективность против Listeria innocua" (PDF) . Journal of Food Science . 75 (4): E215–E224. doi :10.1111/j.1750-3841.2010.01591.x. PMID  20546402 . Получено 14 февраля 2014 г. .