Com quais polímeros degradáveis ​​o PBAT pode ser misturado?

O tereftalato de polibutileno (PBAT) é um novo tipo de copolímero alifático-aromático totalmente biodegradável, com segmentos de cadeia que combinam a flexibilidade de hidrocarbonetos alifáticos de cadeia longa com a rigidez de anéis aromáticos, conferindo-lhe excelente flexibilidade. Como resultado, o PBAT tornou-se um dos materiais degradáveis ​​mais promissores na pesquisa de plásticos biodegradáveis ​​e com boas aplicações comerciais. No entanto, a presença de segmentos de cadeia aromática de PBT na cadeia molecular resulta em uma taxa de degradação relativamente lenta. Ele também apresenta baixa cristalinidade e alta viscosidade, o que o torna altamente suscetível à adesão. Além disso, o material é relativamente caro, limitando ainda mais seu desenvolvimento e aplicação no mercado. Portanto, para reduzir o custo e obter plásticos degradáveis ​​de alto desempenho, é necessário estudar a modificação do PBAT. A mistura de PBAT com polímeros biodegradáveis ​​é um método comprovado de modificação, que pode melhorar outras propriedades sem afetar a degradabilidade do PBAT, e alguns polímeros biodegradáveis ​​podem até mesmo aumentar a taxa de degradação do PBAT.

-PBAT misturado com PLA-

O ácido polilático (PLA), um dos materiais biodegradáveis ​​mais pesquisados ​​e comercialmente bem-sucedidos, possui excelente brilho e propriedades de barreira, mas também apresenta as desvantagens de ser rígido e pouco resistente, além de carecer de flexibilidade e elasticidade. Portanto, a mistura de PBAT de alta resistência com PLA pode não apenas melhorar a resistência do PLA, mas também acelerar a taxa de decomposição do PBAT.

Constatou-se que a adição de PLA melhora significativamente a resistência à tração da mistura sem afetar as propriedades cristalinas do PBAT; e que o aumento da viscosidade da massa fundida melhora a estabilidade dos filmes de PBAT durante o processamento e a conformação.

Como o PBAT e o PLA são sistemas incompatíveis, a maioria das pesquisas atuais se concentra em melhorar a compatibilidade entre os dois, resultando em misturas com melhores propriedades mecânicas. Por exemplo, a incorporação de metacrilato de glicidila (GMA) em uma fração de massa de 3% a 5% pode aumentar a resistência ao impacto das misturas de PLA/PBAT para 26.5% e 51.7%, respectivamente, além de melhorar a dispersão do PBAT no PLA. Ademais, a adição de um extensor de cadeia pode reduzir significativamente a tensão interfacial entre os dois, o que melhora consideravelmente a ductilidade dos filmes de PBAT/PLA; a adição de um plastificante multifuncional e um capacitor pode produzir um bom efeito capacitivo e plastificante nas misturas de PBAT/PLA, além de melhorar as propriedades de processamento.

-PBAT misturado com PPC-

O carbonato de polipropileno (PPC) é umplástico ecológicoO PPC é produzido pela copolimerização alternada de dióxido de carbono e óxido de propileno, resíduos industriais, apresentando degradabilidade e excelente resistência à permeabilidade. No entanto, trata-se de um material amorfo, com temperatura de transição vítrea de apenas 30-40 °C, além de apresentar baixa tenacidade em baixas temperaturas, baixa estabilidade dimensional em altas temperaturas e dificuldades na formação de filmes. A mistura de PPC com PBAT não só melhora a processabilidade do PPC, como também confere ao PBAT um desempenho geral superior, resultando em um material compósito com grande potencial de desenvolvimento em embalagens descartáveis ​​para alimentos, materiais médicos, entre outros.

Como a fração de PPC é amorfa no sistema misto, o tamanho microcristalino do filme compósito PBAT/PPC é reduzido; a incorporação de PPC melhora significativamente a resistência à tração e as propriedades de barreira a gases do filme compósito, garantindo a biodegradabilidade da matriz. Além disso, a presença de PPC e PBAT melhora efetivamente a estabilidade térmica, a cristalinidade e as propriedades mecânicas das misturas; quando apenas 10% de PPC em massa está presente, a temperatura de cristalização das misturas aumenta de 37.5 °C para 66.8 °C, o que facilita o processo de formação do filme soprado.

Como o PBAT é um polímero cristalino com uma longa cadeia molecular polar, ele também apresenta problemas de compatibilidade com o PPC. A introdução do extensor de cadeia triisocianato de trifenilmetano resultou em um aumento significativo na resistência à tração e ao rasgo do filme PBAT/PPC, tanto na direção longitudinal quanto na transversal; a introdução do agente de abertura estearato de monoglicerídeo também melhorou a estabilidade do filme durante a extrusão. Além disso, a adição do agente de volume acrilato de metila de etileno – metacrilato de glicidila (EMA-GMA) à mistura de PPC e PBAT não só melhora a estabilidade e a qualidade do processamento do filme extrudado, como também melhora efetivamente suas propriedades mecânicas, de barreira ao oxigênio e de proteção UV.

-PBAT misturado com PBS-

O succinato de polibutileno (PBS) apresenta o melhor desempenho de processamento entre os plásticos biodegradáveis ​​existentes, com excelentes propriedades mecânicas; no entanto, sua baixa viscosidade resulta em baixa resistência à fusão, o que não é favorável ao processamento por moldagem por sopro ou fundição, e os produtos apresentam certa fragilidade. Portanto, ao utilizar misturas modificadas de PBAT e PBS, as vantagens de ambos podem ser combinadas para compensar as deficiências, e os produtos fabricados podem ser utilizados em embalagens, utensílios de mesa, filmes agrícolas, materiais biomédicos e outras áreas.

Em geral, o teor de PBS em misturas de PBAT/PBS não deve ser muito alto, sendo cerca de 25% um valor adequado. Observou-se que as misturas de PBAT/PBS apresentam alto módulo de elasticidade e alto alongamento na ruptura quando a fração mássica de PBS é de 25%; quando o teor de PBS é muito alto, os produtos apresentam alta fragilidade.

-PBAT misturado com PHBV-

O poli(hidroxibutirato de pentila) (PHBV) é um biomaterial feito de materiais naturais renováveis, sintetizado por fermentação com fonte de carbono e energia armazenada em microrganismos, que possui boa biodegradabilidade e biocompatibilidade; no entanto, também apresenta desvantagens como baixa estabilidade térmica e propriedades de cristalização deficientes. Portanto, a mistura com PBAT pode melhorar as propriedades cristalinas do PHBV e aprimorar as propriedades de processamento e aplicação do material.

A mistura de PHBV e PBAT apresenta melhor processabilidade e propriedades do filme; e as propriedades mecânicas do filme estão em conformidade com as de filmes comerciais para embalagens de alimentos, com deformações de até 750% na ruptura.

-PBAT misturado com PGA-

O ácido poliglicólico (PGA) possui estrutura molecular e características de desempenho semelhantes ao PLA, porém apresenta propriedades de degradação e barreira superiores; além de ter baixo custo de matéria-prima, oferece vantagens como alta resistência à tração e alta temperatura de deflexão térmica. Portanto, a escolha do PGA para modificação da mistura com PBAT apresenta grande potencial de aplicação na área de produtos descartáveis, como utensílios de mesa resistentes ao calor, sacos plásticos biodegradáveis ​​e embalagens de barreira.

Constatou-se que os compósitos PBAT/PGA com uma fração de massa de PGA de 20% apresentam uma resistência à tração de 25 MPa e um alongamento na ruptura superior a 600%, podendo ser utilizados na fabricação de filmes; os compósitos PBAT/PGA com uma fração de massa de PGA de 80% apresentam uma temperatura de deflexão térmica de 120 °C, além de apresentarem maior resistência, podendo ser utilizados na fabricação de utensílios descartáveis; e a adição de PGA melhora significativamente o desempenho da barreira ao vapor de água dos filmes compósitos PBAT/PGA.

Assim como no caso do PLA, a compatibilidade entre PGA e PBAT é baixa, sendo necessário selecionar compatibilizantes adequados para melhorar a dispersão do sistema. Por exemplo, o 4,4′-ilidenobis(isocianatofenil) (MDI) pode ser utilizado para capacitar in situ os compósitos PBAT/PGA. A reação bem-sucedida com MDI resultou em um aumento significativo na adesão interfacial das misturas e um aumento significativo na resistência ao impacto, de 9.0 kJ/m² para 22.2 kJ/m², além de uma redução na cristalinidade e no tamanho dos cristais esféricos, o que contribuiu para o aumento da tenacidade dos compósitos e sua estabilidade térmica.

-PBAT misturado com PVB-

O polivinil butiral (PVB) é o produto da condensação catalisada por ácido do álcool polivinílico e do n-butiraldeído, com uma certa quantidade de plastificante em seus resíduos reciclados. Devido à sua estrutura molecular, o PVB possui uma combinação de alta resistência à tração, resistência ao impacto, alta transparência, flexibilidade e biodegradabilidade. Como material reciclado de borda, o PVB está disponível em grandes quantidades e a baixo custo, portanto, sua seleção como material modificado apresenta grandes vantagens de desenvolvimento. A baixa concentração de PVB aumenta a temperatura de cristalização do PBAT; a compatibilidade e as propriedades mecânicas do PBAT/PVB são melhoradas pela ação conjunta do ionômero do capacitor e do PVB.