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降解与扩链:扩链剂在降解塑料中的多重作用


2024-12-26

“降解”是聚合物分子量的减少,“扩链”是聚合物分子量的增加,两者方向相反,却在降解塑料的应用中都发挥着至关重要的作用。生物降解料

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目前常见的降解塑料基本都是脂肪族聚酯,端基有羟基或羧基,这都是吸水基团,极易吸收水份。降解塑料在成型加工过程中由于热降解和水解导致分子量降低,同时端羧基数目增加(羧基促进降解),从而导致聚合物的力学性能和化学性能下降。为了解决这一问题,通常通过添加双/多官能团化合物如环氧、酸酐、异氰酸酯等扩链剂,这些扩链剂能够与羧基和羟基反应,在聚合物间形成连接,从而显著增加分子量,提高体系的粘度,提高熔体强度,并有效减少端羧基含量。生料降解料厂家

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扩链剂的主要作用:

1.通过增加聚合物分子量,提高熔体强度,改善物料加工性能。

2. 链接低聚物和易降解基团,改善物料稳定性和抗水解能力。

3.改善不同聚合物之间的相容性,提高合金的稳定性。生料降解料批发

常用的扩链剂有环氧、异氰酸酯、噁唑啉、亚磷酸酯、碳酸酯、酸酐等类型。

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  • 异氰酸酯类扩链剂


常见的有二异氰酸酯(如MDI、TDI)、己二异氰酸酯(HDI)等。
异氰酸酯类扩链剂活性强,能显著提高聚合物性能,但有较高的生物毒性,操作不当可能会对人体造成伤害,也不适合用于对生物安全性要求较高的食品包装等领域。


  • 噁唑啉类扩链剂


常见的有2,2-双(2-噁唑啉)、1,3-苯基-双(2-噁唑啉)、1,4-苯基-双(2-噁唑啉)。
二噁唑啉具有反应选择性高,生成物热稳定性好的优势,但原料不易获得,成本较高。


  • 环氧类扩链剂


环氧类扩链剂来源广泛,成本低,安全无毒,是一类极具应用前景的扩链剂。在环氧类扩链剂中,最具代表的是德国巴斯夫Joncryl ADR系列扩链剂,含5个以上的环氧基,反应性强,可提供线性扩链和支化扩链。
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环氧扩链剂ADR结构,红色框内是环氧基
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环氧扩链剂ADR的反应原理
在PLA里的应用


  • 提高稳定性


由于PLA分子中含有亲水基团,易吸湿,导致在加工过程中容易发生水解反应,从而引起降解。同时,由于加工温度较高,即使水分含量较低,PLA也容易发生热降解而损失分子量。当降解发生时,聚合物分子链末端的羧基数量增加,这进一步加剧了降解过程。巴斯夫ADR扩链剂含有活性环氧基团,遇到聚合物分子链中的端羟基或端羧基时,环氧基团会打开并发生反应,生成醚键或酯键,将断裂的分子链重新连接起来,从而显著改善物料的稳定性与抗水解能力,恢复或提升PLA的整体性能。
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  • 改善物料加工性能


Joncryl ADR 扩链剂对PLA熔体强度的影响。
未添加  VS 添加 0.3% Joncryl ADR
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  • PLA/PBAT合金相容剂


聚乳酸(PLA)和聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是目前最常用的生物降解材料,二者优势各有侧重。
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PLA结构
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PBAT结构
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在一定条件下将PLA和PBAT以合适比例共混,能得到表现优异的合金。所谓青出于蓝,这样的合金取各家之长,补各家之短:韧而不脆强度高,谁来加工都说好。它可以生产高性能的板材/膜袋,保障优异加工性能的优势,减少厚度的同时提升强度和稳定性。
但是,PLA与PBAT之间的相容性差,简单共混容易出现团聚/分层现象,需要合适的相容剂保证二者在合金中的分散均匀。而且二者都是不耐高温的生物基材料,加工中极易发生热降解,熔体黏度随之下降,需要合适的热稳定剂弥补性能损失。
这两个问题,可以通过加入一款助剂一并解决,那就是巴斯夫环氧扩链剂ADR4468。ADR4468将PLA与PBAT的长链/支链互相链接,生成PLA-co-PBAT嵌段共聚物,好比让原料分子同时进行无数次“手拉手”,牢牢团结在一起,构成纷繁的聚合物分子链网络,从而同时提高熔体强度和界面相容性,全方面增幅合金的力学性能。

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以PLA/PBAT=85/15为例,添加0.25份ADR 4468时,缺口冲击强度提升至7.84 kJ/m²,断裂伸长率也提高到237.5%,熔体流动速率(MFR)明显减少,为1 g/10min。当合金中PBAT含量增加时,需同步提升扩链剂的添加比以获得更好性能的合金。
巴斯夫扩链剂ADR 4468已广泛应用于吹膜、吹瓶、片材挤出、吸塑、发泡、纺丝及回料等多个领域。作为食品接触级扩链剂,ADR 4468也可安全用于食品包装行业。自推出以来,凭借其卓越的性能和可靠的品质,ADR 4468获得了广泛的行业认可,成为许多高要求应用的首选解决方案。