Politereftalan adypinianu butylenu

PBAT (skrót od politereftalan adypinianu butylenu) to biodegradowalny losowy kopolimer , w szczególności kopoliester kwasu adypinowego , 1,4-butanodiolu i kwasu tereftalowego (z tereftalanu dimetylu ). PBAT jest produkowany przez wielu różnych producentów i może być znany pod markami ecoflex , Wango, Ecoworld , Eastar Bio i Origo-Bi . Jest również nazywany poli(ko-tereftalanem adypinianu butylenu), a czasem tereftalanem polimaślanu-adypinianu (błędna nazwa) lub nawet po prostu „polimaślanem”. Jest ogólnie sprzedawany jako w pełni biodegradowalna alternatywa dla polietylenu o niskiej gęstości , mając wiele podobnych właściwości, w tym elastyczność i sprężystość, co pozwala na stosowanie go do wielu podobnych zastosowań, takich jak plastikowe torby i opakowania. Jest tutaj przedstawiony jako kopolimer blokowy ze względu na powszechną metodę syntezy polegającą na pierwszej syntezie dwóch bloków kopolimeru, a następnie ich połączeniu. Należy jednak zauważyć, że rzeczywista struktura polimeru jest przypadkowym kopolimerem pokazanych bloków.

Struktura PBAT

Historia

Produkcja tworzyw sztucznych na potrzeby sektora przemysłowego na całym świecie stanowi bardzo duży rynek. PET ( politereftalan etylenu ) jest jednym z dominujących tworzyw sztucznych na tym rynku. Jest powszechnie stosowany do butelek, ponieważ tworzy sztywny pojemnik, który jest bardzo lekki. Jednak ze względu na stabilność PET jest on również wysoce odporny na biodegradację, co stanowi poważny problem dla środowiska ze względu na ilość PET produkowanego, sprzedawanego, używanego i wyrzucanego każdego dnia. Szacuje się, że 30% światowej produkcji PET jest wykorzystywane do produkcji tych plastikowych butelek, a tylko od 15% do 35% jest poddawane recyklingowi; reszta zwykle trafia na wysypisko. Pobudziło to badania nad polimerami, które działają podobnie do PET, ale są biodegradowalny .

Podobnie jak w przypadku wszystkich postępów w dziedzinie materiałów, istnieje kilka wymagań dotyczących „idealnego” materiału. W przypadku tworzyw biodegradowalnych byłyby one: tanie, odnawialne, łatwe w produkcji i przyjazne dla środowiska. Oprócz tego polimer powinien być wystarczająco odporny, aby był funkcjonalny, na przykład wytrzymujący naprężenia związane z ciśnieniem, oraz elastyczny, aby można go było łatwo formować. Nie ma homopolimerów, które doskonale spełniałyby każdą z tych cech. Dlatego naukowcy zwrócili swoją uwagę na kopolimery : kombinacje polimerów, które mają właściwości chemiczne i mechaniczne, które wzajemnie się uzupełniają. Doprowadziło to do zidentyfikowania poli(ko-tereftalanu adypinianu butylenu) (PBAT) jako potencjalnego kopolimeru do mieszania.

PBAT to losowy kopolimer znany ze swojej elastyczności i wytrzymałości. To sprawia, że ​​idealnie nadaje się do łączenia z innymi biodegradowalnymi polimerami, które mają wysoki moduł sprężystości i wytrzymałość, ale są bardzo kruche . Pozwala to na produkcję mieszanych kopolimerów, które mogą zastąpić standardowe tworzywa sztuczne bezpiecznymi dla środowiska i biodegradowalnymi tworzywami sztucznymi, które znikną w nieszkodliwy sposób w krótkim czasie.

Najważniejszym powodem stosowania PBAT jako elastycznego dodatku do innych polimerów jest to, że zachowuje on biodegradowalność ; tak długo, jak oba kopolimery mogą ulegać degradacji, mieszany kopolimer również ulegnie degradacji.

Nieruchomości

PBAT jest klasyfikowany jako kopolimer losowy ze względu na swoją losową strukturę. Oznacza to również, że nie może krystalizować w żadnym znaczącym stopniu z powodu braku jakiegokolwiek porządku strukturalnego. Prowadzi to do kilku właściwości fizycznych: szerokiej temperatury topnienia, niskiego modułu sprężystości i sztywności, ale wysokiej elastyczności i wytrzymałości. Elastyczność i wytrzymałość tego polimeru sprawia, że ​​idealnie nadaje się do mieszania z innym biodegradowalnym polimerem, który jest mocny i sztywny do produkcji butelek.

Wadą tego polimeru jest to, że jeśli ma wysoką elastyczność i wytrzymałość, to nie będzie mocny i sztywny. To sprawia, że ​​nie nadaje się do każdej sytuacji, w której potrzebny jest mocny, sztywny pojemnik. Przykładem tego mogą być przezroczyste bariery, takie jak te wykonane z pleksiglasu ( poli(metakrylan metylu) ), przezroczystego substytutu szkła.

PBAT jest w pełni biodegradowalny po kompostowaniu ze względu na obecność grup adypinianowych butylenu. Wysoka stabilność i właściwości mechaniczne wynikają z zawartości tereftalanu.

Nie rozkłada się w wodzie morskiej i słodkiej.

Numer rejestru CAS PBAT to 60961-73-1.

Przygotowanie

Poliester kwasu adypinowego jest syntetyzowany przy użyciu 1,4 - butanodiolu . Długości łańcuchów są utrzymywane na niskim poziomie dzięki zastosowaniu nadmiaru diolu w reakcji.

PBAT jest syntetyzowany z polimeru 1,4-butanodiolu i kwasu adypinowego oraz polimeru tereftalanu dimetylu (DMT) z 1,4-butanodiolem.

Kwas adypinowy i 1,4-butanodiol są polimeryzowane w celu wytworzenia ich poliestru (plus woda). DMT i 1,4-butanodiol również reagują, tworząc ich poliester (plus metanol ). Ten poliester jest następnie dodawany do poliestru kwasu butylenowo-adypinowego przy użyciu tetrabutoksytytanu (TBOT) jako transestryfikacji ; nadmiar 1,4-butanodiolu wpływa na długość łańcucha. Rezultatem jest kopolimer dwóch wcześniej przygotowanych polimerów.

Poliester DMT jest generowany przy użyciu 1,4 - butanodiolu . Jest to drugi polimer użyty z produktem z etapu 1 do stworzenia kopolimeru PBAT.

TBOT służy do katalizowania transestryfikacji poliestrów kwasu adypinowego i DMT w celu wytworzenia losowego kopolimeru PBAT.

ponieważ nie ma kontroli nad rozproszeniem długości łańcuchów polimeru lub strukturą blokową w reakcjach kopolimeryzacji; powtarzające się pozycje nie są kontrolowane. Jeśli A = poliester kwasu adypinowego i B = poliester DMT, każdy z 1,4-butanodiolem, to struktura łańcucha może wyglądać następująco: AABABBABA lub ABABAAAABB lub ABABABBBBA; nie ma selektywności dla A i B reagujących ze sobą lub ze sobą.

Źródła komercyjne

PBAT jest produkowany komercyjnie przez BASF pod znakiem towarowym ecoflex oraz w mieszance z poli(kwasem mlekowym) o nazwie ecovio , przez Novamont jako Origo-Bi oraz w mieszance ze skrobią o nazwie Mater-Bi , przez Zhuhai Wango Chemical Co Ltd pod nazwą Wango , przez JinHui Zhaolong jako Ecoworld oraz w mieszance ze skrobią o nazwie Ecowill oraz przez Eastman Chemical jako Eastar Bio . Ponadto dostawcy w Chinach i innych krajach produkują teraz PBAT. Firmy te obejmują Zhejiang Biodegradable Advanced Material Co. Ltd., Dongguan Xinhai Environmental Protection Material Co., Ltd., Hangzhou Ruijiang Chemical Co., Ltd. i Jiangsu Torise Biomaterials Co., Ltd. w Chinach, a także Green Chemical Co., Ltd. i WILLEAP w Korei Południowej.

Obecne i przyszłe zastosowania

PBAT jest sprzedawany na rynku jako w pełni biodegradowalny plastik , a ecoflex firmy BASF wykazuje 90% degradacji po 80 dniach testów. Szczególne zastosowania, na które zwracają uwagę producenci, obejmują folię spożywczą do pakowania żywności, nadające się do kompostowania plastikowe torby do użytku w ogrodnictwie i rolnictwie oraz jako wodoodporne powłoki do innych materiałów, na przykład kubków papierowych . Ze względu na swoją wysoką elastyczność i biodegradowalność, PBAT jest również sprzedawany jako dodatek do sztywniejszych biodegradowalnych tworzyw sztucznych w celu nadania elastyczności przy zachowaniu pełnego biodegradowalność końcowej mieszanki.

PBAT jest już szeroko sprzedawany i używany do wszystkich powyższych zastosowań, ale jest również badany jako składnik folii przeciwdrobnoustrojowych. W takich foliach PBAT służy jako masa folii ze środkiem przeciwdrobnoustrojowym wprowadzanym podczas przetwarzania. Folie przeciwdrobnoustrojowe byłyby stosowane w opakowaniach żywności w celu zahamowania rozwoju bakterii, pomagając w bezpiecznym przechowywaniu produktów spożywczych.