อิทธิพลของขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลงกรดสเตียริกที่มีต่อคุณสมบัติของฟิล์มคอมโพสิต PBAT

Polybutylene adipate/terephthalate (PBAT) เป็นโคพอลิเมอร์ของบิวทิลอะดิเพทและบิวทิลเทเรฟทาเลต ซึ่งไม่เพียงแต่มีความเหนียวและความเสถียรที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ฟิล์มป้องกันสิ่งแวดล้อมสีเขียวในอุดมคติ และยังเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีการศึกษามากที่สุด พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

อย่างไรก็ตาม ความต้านทานแรงดึงของ PBAT นั้นต่ำ อัตราการย่อยสลายช้า และราคาอยู่ที่ 5 ถึง 6 เท่าของโพลิโพรพิลีนทั่วไป ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดในการใช้งานและการส่งเสริมการขาย งานวิจัยในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่วิธีการได้มาซึ่งวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพด้วยประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและต้นทุนต่ำ การวิจัยส่วนใหญ่คือการเตรียมวัสดุคอมโพสิตสีเขียวโดยผสมสารตัวเติมที่ค่อนข้างถูกกับ PBAT เพื่อให้มั่นใจว่ามีคุณสมบัติย่อยสลายได้ในเวลาเดียวกัน ควบคุมต้นทุนและขยายมูลค่าการใช้งานในตลาด

เนื่องจากราคาที่ต่ำและมีผลทำให้โพลีเมอร์มีความเหนียวมากขึ้น แคลเซียมคาร์บอเนตจึงเป็นหนึ่งในสารตัวเติมโพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นผงเติมเพื่อเตรียมวัสดุคอมโพสิต PBAT/แคลเซียมคาร์บอเนตได้กลายเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการลดต้นทุนของ PBAT จากการศึกษาคุณสมบัติของ PLA/PBAT/nano-calcium carbonate ternary composites คุณสมบัติทางความร้อนและทางกายภาพของคอมโพสิตจะดีขึ้นอย่างมากหลังจากเพิ่มนาโนแคลเซียมคาร์บอเนต PBAT เต็มไปด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต และพบว่าแคลเซียมคาร์บอเนตช่วยลดต้นทุนได้อย่างมากในขณะที่ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของคอมโพสิต PBAT ดัดแปลงด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต ultrafine เมื่อเพิ่มแคลเซียมคาร์บอเนต 20% วัสดุคอมโพสิตยังคงมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดี

การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของแคลเซียมคาร์บอเนตสามชนิดที่มีขนาดอนุภาคต่างกันได้ดำเนินการด้วยกรดสเตียริก และฟิล์มคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนตที่ดัดแปลง PBAT ถูกเตรียมเพิ่มเติมโดยวิธีการผสมแบบหลอมละลาย ผลกระทบของคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติการส่งผ่านไอน้ำแสดงให้เห็นว่า:

(1) ผ่านการวิเคราะห์ขนาดอนุภาค ช่วงการกระจายขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตที่เปิดใช้งานค่อนข้างกว้าง ส่วนใหญ่กระจายใน 1 ~ 20μm ขนาดอนุภาคเฉลี่ยของปริมาตรคือ 7.6μm; ขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนต ultrafine ส่วนใหญ่กระจายใน 0.2 ~ 5μm ขนาดอนุภาคเฉลี่ยปริมาตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 ไมครอน การกระจายขนาดอนุภาคของนาโนแคลเซียมคาร์บอเนตค่อนข้างเข้มข้น ส่วนใหญ่กระจายใน 0.2-0.5 ไมโครเมตร และขนาดอนุภาคเฉลี่ยปริมาตร 0.34 ไมโครเมตร จากการวิเคราะห์ FTIR ได้รับการยืนยันว่าเคลือบกรดสเตียริกบนพื้นผิวของแคลเซียมคาร์บอเนตได้สำเร็จ และแคลเซียมคาร์บอเนตที่ดัดแปลงได้กระจายตัวในเมทริกซ์ PBAT

(2) หลังจากเพิ่มแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลง อุณหภูมิการตกผลึก ความเป็นผลึก และอุณหภูมิหลอมเหลวของ PBAT จะเพิ่มขึ้น เมื่อเติมแคลเซียมคาร์บอเนตที่ถูกกระตุ้นด้วยปริมาตรอนุภาคเฉลี่ย 7.6 ไมโครเมตร อุณหภูมิการตกผลึกจะถึงค่าสูงสุดที่ 84.12 °C ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิ PBAT บริสุทธิ์ 13.07 °C ความเป็นผลึกยังถึงระดับสูงสุดจาก 10.4% ของ PBAT บริสุทธิ์เป็น 11.48% เมื่อเติมนาโนแคลเซียมคาร์บอเนตที่ดัดแปลงแล้ว อุณหภูมิหลอมเหลวถึงค่าสูงสุด 124.99 °C

(3) คุณสมบัติทางกลของ PBAT/ฟิล์มคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลงได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และเมื่อขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลงลดลง คุณสมบัติทางกลก็ค่อยๆ เพิ่มขึ้น เมื่อเติมนาโนแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลงที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ยปริมาตร 0.34 ไมโครเมตร ความต้านทานแรงดึงของฟิล์มคอมโพสิตถึงค่าสูงสุด 19.9 MPa ซึ่งสูงกว่า PBAT บริสุทธิ์ 10.07 MPa และความเครียดแตกหักเล็กน้อย ถึง 551.8% ซึ่งสูงกว่า PBAT บริสุทธิ์ เพิ่มขึ้น 54% และแรงฉีกขาดของมุมฉากเพิ่มขึ้นจาก 72.5kN/m ของ PBAT บริสุทธิ์เป็น 139.3kN/m2

(4) คุณสมบัติการกั้นของฟิล์มต่อไอน้ำจะเพิ่มขึ้นหลังจากเพิ่มแคลเซียมคาร์บอเนตดัดแปลง อัตราการส่งผ่านไอน้ำของฟิล์มคอมโพสิตที่เติมแคลเซียมคาร์บอเนตที่เปิดใช้งานอยู่นั้นต่ำที่สุด คือ 232.3g/(m2·24h) ซึ่งต่ำกว่าฟิล์ม PBAT บริสุทธิ์ 28.06 % ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของไอน้ำที่สอดคล้องกันลดลง 66.09%