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降解與擴鏈:擴鏈劑在降解塑料中的多重作用


2024-12-26

“降解”是聚合物分子量的減少,“擴鏈”是聚合物分子量的增加,兩者方向相反,卻在降解塑料的應(yīng)用中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。生物降解料

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目前常見的降解塑料基本都是脂肪族聚酯,端基有羥基或羧基,這都是吸水基團,極易吸收水份。降解塑料在成型加工過程中由于熱降解和水解導(dǎo)致分子量降低,同時端羧基數(shù)目增加(羧基促進(jìn)降解),從而導(dǎo)致聚合物的力學(xué)性能和化學(xué)性能下降。為了解決這一問題,通常通過添加雙/多官能團化合物如環(huán)氧、酸酐、異氰酸酯等擴鏈劑,這些擴鏈劑能夠與羧基和羥基反應(yīng),在聚合物間形成連接,從而顯著增加分子量,提高體系的粘度,提高熔體強度,并有效減少端羧基含量。生料降解料廠家

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擴鏈劑的主要作用:

1.通過增加聚合物分子量,提高熔體強度,改善物料加工性能。

2. 鏈接低聚物和易降解基團,改善物料穩(wěn)定性和抗水解能力。

3.改善不同聚合物之間的相容性,提高合金的穩(wěn)定性。生料降解料批發(fā)

常用的擴鏈劑有環(huán)氧、異氰酸酯、噁唑啉、亞磷酸酯、碳酸酯、酸酐等類型。

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  • 異氰酸酯類擴鏈劑


常見的有二異氰酸酯(如MDI、TDI)、己二異氰酸酯(HDI)等。
異氰酸酯類擴鏈劑活性強,能顯著提高聚合物性能,但有較高的生物毒性,操作不當(dāng)可能會對人體造成傷害,也不適合用于對生物安全性要求較高的食品包裝等領(lǐng)域。


  • 噁唑啉類擴鏈劑


常見的有2,2-雙(2-噁唑啉)、1,3-苯基-雙(2-噁唑啉)、1,4-苯基-雙(2-噁唑啉)。
二噁唑啉具有反應(yīng)選擇性高,生成物熱穩(wěn)定性好的優(yōu)勢,但原料不易獲得,成本較高。


  • 環(huán)氧類擴鏈劑


環(huán)氧類擴鏈劑來源廣泛,成本低,安全無毒,是一類極具應(yīng)用前景的擴鏈劑。在環(huán)氧類擴鏈劑中,最具代表的是德國巴斯夫Joncryl ADR系列擴鏈劑,含5個以上的環(huán)氧基,反應(yīng)性強,可提供線性擴鏈和支化擴鏈。
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環(huán)氧擴鏈劑ADR結(jié)構(gòu),紅色框內(nèi)是環(huán)氧基
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環(huán)氧擴鏈劑ADR的反應(yīng)原理
在PLA里的應(yīng)用


  • 提高穩(wěn)定性


由于PLA分子中含有親水基團,易吸濕,導(dǎo)致在加工過程中容易發(fā)生水解反應(yīng),從而引起降解。同時,由于加工溫度較高,即使水分含量較低,PLA也容易發(fā)生熱降解而損失分子量。當(dāng)降解發(fā)生時,聚合物分子鏈末端的羧基數(shù)量增加,這進(jìn)一步加劇了降解過程。巴斯夫ADR擴鏈劑含有活性環(huán)氧基團,遇到聚合物分子鏈中的端羥基或端羧基時,環(huán)氧基團會打開并發(fā)生反應(yīng),生成醚鍵或酯鍵,將斷裂的分子鏈重新連接起來,從而顯著改善物料的穩(wěn)定性與抗水解能力,恢復(fù)或提升PLA的整體性能。
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  • 改善物料加工性能


Joncryl ADR 擴鏈劑對PLA熔體強度的影響。
未添加  VS 添加 0.3% Joncryl ADR
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  • PLA/PBAT合金相容劑


聚乳酸(PLA)和聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是目前最常用的生物降解材料,二者優(yōu)勢各有側(cè)重。
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PLA結(jié)構(gòu)
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PBAT結(jié)構(gòu)
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在一定條件下將PLA和PBAT以合適比例共混,能得到表現(xiàn)優(yōu)異的合金。所謂青出于藍(lán),這樣的合金取各家之長,補各家之短:韌而不脆強度高,誰來加工都說好。它可以生產(chǎn)高性能的板材/膜袋,保障優(yōu)異加工性能的優(yōu)勢,減少厚度的同時提升強度和穩(wěn)定性。
但是,PLA與PBAT之間的相容性差,簡單共混容易出現(xiàn)團聚/分層現(xiàn)象,需要合適的相容劑保證二者在合金中的分散均勻。而且二者都是不耐高溫的生物基材料,加工中極易發(fā)生熱降解,熔體黏度隨之下降,需要合適的熱穩(wěn)定劑彌補性能損失。
這兩個問題,可以通過加入一款助劑一并解決,那就是巴斯夫環(huán)氧擴鏈劑ADR4468。ADR4468將PLA與PBAT的長鏈/支鏈互相鏈接,生成PLA-co-PBAT嵌段共聚物,好比讓原料分子同時進(jìn)行無數(shù)次“手拉手”,牢牢團結(jié)在一起,構(gòu)成紛繁的聚合物分子鏈網(wǎng)絡(luò),從而同時提高熔體強度和界面相容性,全方面增幅合金的力學(xué)性能。

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以PLA/PBAT=85/15為例,添加0.25份ADR 4468時,缺口沖擊強度提升至7.84 kJ/m2,斷裂伸長率也提高到237.5%,熔體流動速率(MFR)明顯減少,為1 g/10min。當(dāng)合金中PBAT含量增加時,需同步提升擴鏈劑的添加比以獲得更好性能的合金。
巴斯夫擴鏈劑ADR 4468已廣泛應(yīng)用于吹膜、吹瓶、片材擠出、吸塑、發(fā)泡、紡絲及回料等多個領(lǐng)域。作為食品接觸級擴鏈劑,ADR 4468也可安全用于食品包裝行業(yè)。自推出以來,憑借其卓越的性能和可靠的品質(zhì),ADR 4468獲得了廣泛的行業(yè)認(rèn)可,成為許多高要求應(yīng)用的首選解決方案。