Полибутиленадипат терефталат - Polybutylene adipate terephthalate

PBAT (сокращенно от полибутиленадипаттерефталата) - это биоразлагаемый случайный сополимер, в частности сополиэфир из адипиновая кислота, 1,4-бутандиол и терефталевая кислота (из диметилтерефталат ). PBAT производится многими различными производителями и может быть известен под торговыми марками. ecoflex®, Ванго, Ecoworld, Истар Био, и Ориго-Би. Его также называют поли (бутиленадипат-котерефталат) и иногда полибутират-адипат-терефталат.[1] (неправильное название) или даже просто «полибутират».[2] Обычно он продается как полностью биоразлагаемая альтернатива полиэтилен низкой плотности, обладающий многими аналогичными свойствами, включая гибкость и упругость, что позволяет использовать его для многих аналогичных целей, таких как пластиковые пакеты и упаковки.[3] Структура полимера PBAT показана справа. Здесь он изображен как блок-сополимер из-за обычного синтетического метода сначала синтеза двух блоков сополимера, а затем их объединения. Однако важно отметить, что реальная структура полимера представляет собой неупорядоченный сополимер показанных блоков.

Структура PBAT

История

Производство пластмасс для использования в промышленном секторе во всем мире составляет очень большой рынок. ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ (полиэтилентерефталат ) является одним из доминирующих пластиков на этом рынке. Его обычно используют для бутылок, потому что из него получается жесткий контейнер, который очень легкий. Однако из-за стабильности ПЭТ он также обладает высокой устойчивостью к биоразложению, что создает значительную экологическую проблему из-за того, что количество ПЭТ, которое производится, продается, используется и выбрасывается ежедневно. По оценкам, 30% мирового производства ПЭТ идет на производство этих пластиковых бутылок, и только от 15% до 35% перерабатывается; остальные обычно попадают на свалку.[4] Это стимулировало исследования полимеров, которые функционируют аналогично ПЭТ, но биоразлагаемый.[5]

Как и все разработки в области материалов, существует несколько требований к «идеальному» материалу. Что касается биоразлагаемых пластмасс, они будут дешевыми, возобновляемыми, простыми в производстве и экологичными. В дополнение к этому, полимер должен быть достаточно устойчивым, чтобы быть функциональным, например выдерживать нагрузку при нахождении под давлением, и гибким, чтобы его можно было легко формовать. Не существует полимеров, которые идеально обеспечивали бы все эти свойства. Поэтому исследователи обратили внимание на сополимеры: комбинации полимеров, обладающие химическими и механическими свойствами, которые дополняют друг друга. Это привело к идентификации поли (бутиленадипат-котерефталат) (PBAT) как потенциального сополимера для смешивания.

PBAT - это статистический сополимер, известный своей гибкостью и прочностью. Это делает его идеальным для комбинации с другими биоразлагаемый полимеры с высоким модуль упругости и сила, но очень хрупкий.[6] Это позволяет производить смешанные сополимеры, которые могут заменить стандартные пластмассы на экологически безопасные и биоразлагаемые пластмассы, которые безвредно исчезнут за короткий период времени.

Самая важная причина использования PBAT в качестве гибкого дополнения к другим полимерам заключается в том, что он сохраняет способность к биологическому разложению; пока оба сополимера могут разлагаться, смешанный сополимер также будет разлагаться.

Характеристики

PBAT классифицируется как статистический сополимер из-за его статистической 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, низкая модуль упругости и жесткость, но высокая гибкость и жесткость. 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 вязкостью, то он не будет прочным и жестким. Это делает его неидеальным для любой ситуации, в которой требуется прочный, жесткий контейнер. Примером этого могут быть прозрачные барьеры, например, из оргстекла (Полиметилметакрилат) ), прозрачный заменитель стекла.[5]

PBAT является полностью биоразлагаемым при компостировании из-за наличия групп бутиленадипата. Высокая стабильность и механические свойства достигаются за счет терефталатных частей.[5]

В Регистрационный номер CAS ПБАТ 60961-73-1.[7]

Подготовка

В полиэстер из адипиновая кислота синтезируется с использованием 1,4-бутандиол. Длины цепей сохраняются на низком уровне за счет использования в реакции избытка диола.

PBAT синтезируется из полимера 1,4-бутандиол и адипиновая кислота и полимер диметилтерефталат (DMT) с 1,4-бутандиолом.

Адипиновая кислота и 1,4-бутандиол полимеризуются, чтобы создать их полиэстер (плюс вода). DMT и 1,4-бутандиол также вступают в реакцию с образованием сложного полиэфира (плюс метанол ). Затем этот полиэфир добавляют к сложному полиэфиру бутиленадипиновой кислоты, используя тетрабутоксититан (TBOT) как переэтерификация катализатор; избыток 1,4-бутандиола влияет на длину цепи. В результате получается сополимер двух ранее приготовленных полимеров.

В полиэстер ДМТ производится с использованием 1,4-бутандиол. Это второй полимер, который используется с продуктом на этапе 1 для создания сополимер PBAT.
TBOT используется для ускорения переэтерификация полиэфиров адипиновая кислота и ДМТ для генерации случайных сополимер PBAT.

Это статистический сополимер, потому что нет контроля на дисперсность из полимер длины цепей или блочное структурирование в реакциях сополимеризации; позиции повтора не контролируются. Если A = полиэстер адипиновой кислоты и B = сложный полиэфир DMT, каждый с 1,4-бутандиолом, тогда структура цепи может выглядеть как любая из этих: AABABBABA или ABABAAAABB или ABABABBBBA; нет избирательности для А и В, реагирующих друг с другом.[8]

Коммерческие источники

PBAT серийно производится BASF под именем ecoflex®[3] и в смеси с поли (молочной кислотой), называемой ecovio®,[9] от Novamont as Ориго-Би и в смеси с крахмалом под названием Матер-Би,[10] компанией Zhuhai Wango Chemical Co Ltd под названием Ванго, автор: JinHui Zhaolong as Ecoworld и в смеси с крахмалом под названием Ecowill, и по Eastman Chemical в качестве Истар Био.[11] Кроме того, поставщики в Китае и других странах теперь производят PBAT. Эти компании включают Dongguan Xinhai Environmental Protection Material Co., Ltd.,[12] Ханчжоу Ruijiang Chemical Co., Ltd.,[13] и Jiangsu Torise Biomaterials Co., Ltd.[14] в Китае, а также Green Chemical Co., Ltd.[15] и УИЛЛЕП[16] в Южной Корее.

Текущее и будущее использование

PBAT продается как полностью биоразлагаемый пластик, с BASF ecoflex® демонстрирует 90% -ную деградацию после 80 дней испытаний.[17] Конкретные области применения, отмеченные производителями, включают: обертка для упаковки пищевых продуктов, компостируемая 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 биоразлагаемости, PBAT также продается как добавка для более жестких биоразлагаемых пластиков для придания гибкости при сохранении полной биоразлагаемости конечной смеси.

PBAT уже широко продается и используется для всех вышеперечисленных применений, но также исследуется в качестве компонента противомикробных пленок. В таких пленках PBAT служит основной частью пленки с антимикробным агентом, вводимым во время обработки. Антимикробные пленки будут использоваться в упаковке пищевых продуктов для подавления роста бактерий, помогая безопасно сохранять пищевые продукты.[19]

Рекомендации

  1. ^ Жаклин Стагнер (ноябрь 2015 г.). «Образование метана в результате анаэробного разложения биоразлагаемых пластиков - обзор». Международный журнал экологических исследований. 73 (3): 462–468. Дои:10.1080/00207233.2015.1108607. S2CID  101024423.
  2. ^ Хайме Франсиско Гомес-Гомес; и другие. (2016). «Композитный лом деним-ПП как материал для дизайна новых продуктов». FDP'16 - Системы и дизайн: за пределами процессов и мышления. Дои:10.4995 / IFDP.2016.3360. ISBN  9788490484401.
  3. ^ а б «Сертифицированный компостируемый и биоразлагаемый сополиэстер - ecoflex®». Получено 2017-02-09.
  4. ^ «Каков жизненный цикл пластиковой бутылки?». Мудрый Компьютерщик. Получено 13 февраля, 2014.
  5. ^ а б c d Шахлари, Махин (ноябрь 2008 г.). «Биоразлагаемые нанокомпозиты полимер / глина на основе поли (бутиленадипат-со-терефталата) и поли (молочной кислоты)». mospace.umsystem.edu. Американский институт инженеров-химиков. HDL:10355/32635.
  6. ^ Цзян, Лонг; Уолкотт, Чжан (26 октября 2005 г.). «Исследование смесей биоразлагаемых полилактидов и поли (бутиленадипат-котерефталат)». Биомакромолекулы. 7 (1): 199–207. Дои:10.1021 / bm050581q. PMID  16398516.
  7. ^ 1,4-бензолдикарбоновая кислота, полимер с 1,4-бутандиолом и гександиовой кислотой в базе данных ChemIDplus
  8. ^ Пэн, Чжао; Лю, Ванцян; У, Циншэн; Рен, Джи (27 ноября 2009 г.). «Получение, механические и термические свойства смесей биоразлагаемых полиэфиров / поли (молочной кислоты)». Наноматериалы. 2010 (2010): 8. Получено 10 февраля, 2014.
  9. ^ «Сертифицированный компостируемый, биоразлагаемый и биоразлагаемый полимер - ecovio®». Получено 2017-02-09.
  10. ^ «Новамонт выпускает биопластик 4-го поколения». Получено 14 февраля 2014.
  11. ^ «Сополимер EASTAR BIO, сертифицированный биоразлагаемыми продуктами». Получено 14 февраля 2014.
  12. ^ "Сеен Хай Биопласт Лимитед". Получено 14 марта 2014.
  13. ^ «РУИчем». Получено 14 марта 2014.
  14. ^ "Torise Biomaterials Co., Ltd". Получено 14 марта 2014.
  15. ^ "Грин Кемикал Ко., Лтд". Получено 14 марта 2014.
  16. ^ "УИЛЛЕП". Получено 14 марта 2014.
  17. ^ «Сертифицировано - компостируемость ecoflex®». Получено 2017-02-09.
  18. ^ «Бумажные покрытия - ecovio® PS1606». Получено 2017-02-09.
  19. ^ Луис Бастаррачеа; Сумит Дхаван; Шьям С. Саблани; Джэ-Хён Ма; Донг-Хён Кан; Джинвен Чжан; Цзюмин Тан (2010). «Биоразлагаемые пленки из поли (бутиленадипат-котерефталат), содержащие низин: характеристика и эффективность против Listeria innocua» (PDF). Журнал пищевой науки. 75 (4): E215 – E224. Дои:10.1111 / j.1750-3841.2010.01591.x. PMID  20546402. Получено 14 февраля 2014.