PBAT 블렌드와 적용

PBAT 기반 블렌드 및 적용

PBAT 기반 블렌드

순수한 PBAT의 특성은 기존 플라스틱에 비해 생산 비용이 높거나 기계적 특성이 낮기 때문에 소비자가 이 재료를 수용하기에 충분하지 않습니다. 결과적으로 PBAT 시장의 발전은 생산 비용이 감소하거나 그 속성이 개선될 때만 가능할 것입니다. 저비용 재료(예 : 전분) 및 강화 재료(예 : PLA)를 추가하면 복합재의 생분해성을 유지하면서 최종 가격을 낮추고 특성을 개선할 수 있습니다.

 

지난 10년 동안 시리즈 PBAT 기반 복합재는 상용 제품으로 개발되었습니다. PBAT 기반 제품은 국제 퇴비화 가능 표준을 충족했으며 퇴비 인증을 받았습니다. 이러한 제품은 기존 플라스틱 장비에서 직접 가공할 수 있습니다. 기존 플라스틱과 동일한 응용 제품을 준비할 수 있는 완벽한 솔루션입니다.

 

따라서 PBAT 기반 제품은 우수한 품질, 만족스러운 성능 및 경쟁력있는 비용으로 인해 포장, 멀치 필름 및 수저류 등과 같은 많은 응용 분야에서 널리 사용되었습니다. 여기에서는 전분-PBAT 기반 블렌드 및 PLA-PBAT 기반 블렌드에 대한 주요 정보를 소개합니다.

 

1. 전분 -PBAT 기반 블렌드

가장 풍부한 재생 가능 자원 중 하나인 전분은 완전히 생분해되는 다당류로, 수많은 식물에 의해 생합성됩니다. 전분은 탄소, 수소, 산소로 6:10:5 [C6H10O5]로 구성됩니다. 따라서 전분은 탄수화물 유기화합물의 한 부류에 속합니다.

 

전분은 응축 중에 형성되는 포도당 단위 사이에 연결이 있는 포도당 중합체로 간주됩니다. 그것은 선형 아밀로스와 분 지형 아밀로펙틴의 두 가지 유형의 분자로 구성됩니다.

 

아밀로스는 대부분 선형 α-D-(1–4) 글루칸인 반면, 아밀로펙틴은 분기점에서 α-D-(1–6) 연결이 있는 고도로 분지된 α-D- (1–4) 글루칸입니다. 일반적으로 전분에는 아밀로스 20~25%와 아밀로펙틴 75~80%가 포함되어 있습니다. 그러나 전분에 함유된 아밀로오스 또는 아밀로펙틴의 양은 식물 공급원에 따라 다를 수 있습니다. 지질과 단백질도 전분에 존재하지만 소량입니다. 일반적으로 결정화도가 20~40%인 전분을 반 결정질이라고합니다. 전분의 무정형 영역은 아밀로스와 아밀로펙틴의 분기점을 포함합니다.

 

천연 전분은 옥수수, 감자, 밀 등과 같은 식물에서 발생하는 형태의 전분을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 아밀로스 및 아밀로펙틴 거대 분자 사슬에서 강한 분자간 및 분자간 수소 결합으로 인해 열 가공성이 좋지 않습니다. 이는 높은 융점과 낮은 열 분해 온도를 유발합니다. 그러나 네이티브 전분 온도 및 전단의 합성 조건을 이용하여 가소제 열가소성 전분 가장 통상적인 합성 열가소성 중합체와 유사한(TPS)으로 전환시킬 수있다.

 

천연 전분을 TPS로 변환하는 열 처리에는 다양한 물리적 및 화학적 반응이 포함됩니다. 압출 공정의 경우 일부 매개 변수가 최종 TPS 제품에 영향을 미치는 데 중요합니다. 이러한 매개 변수에는 스크류 속도, 피드의 수분 함량, 배럴 온도, 다이 직경, 에너지 입력, 다이 압력 등이 포함됩니다. 성공적인 TPS를 달성하기 위해 가소제는 또한 중요한 역할을합니다. 적절한 가소제는 몇 가지 기본 요구 사항을 충족해야합니다. 첫째, 적절한 가소제는 전분의 D-글루칸 단위와 유사한 작은 분자입니다. 가소제에 ​​대한 두 번째 중요한 요구 사항은 가공 및 건조 중에 재료에서 증발을 방지 할 수 있을만큼 끓는점이 높아야한다는 것입니다. 결국 최소한의 가소제가 필요합니다.

 

PBAT는 생분해성이며 유연하며 필름 압출 및 압출 코팅용으로 설계되었습니다. 높은 인성과 생분해성의 관점에서 PBAT는 TPS 강화에 적합한 후보로 간주됩니다.

 

2. PLA-PBAT 기반 블렌드

오늘날 PLA는 경제적인 방법으로 재생 가능한 소스에서 생산되기 때문에 가장 널리 선호되는 생분해성 폴리머입니다. 상업적으로 이용 가능하며 일반 폴리머와 비교하여 합리적으로 비슷한 가격을 가지고 있습니다. 고분자량의 PLA는 가장 일반적으로 중축합젖산의 해중합에 의해 만들어진 고리형 락타이드의 개환 중합(ROP)에 의해 만들어집니다. 이 경로는 일반적으로 추가 정제 단계를 포함하는 2단계 반응이므로 상당한 비용과 관련이 있습니다. 반면에 취성과 낮은 인성은 적용을 제한합니다. 따라서 PLA의 적용을 확대하기 위해 그 특성을 개선하기 위한 많은 연구가 수행되었습니다.

 

그러나 PLA/PBAT 혼합은 각 구성 요소의 호환되지 않는 특성으로 인해 다상 동작을 나타내므로 기계적 특성이 저하됩니다. 용해도 매개 변수의 높은 차이는 PBAT와 PLA 사이에이 폴리머 쌍의 비혼 화성을 나타 냅니다. 

 

PLA와 PBAT는 비 뉴턴 유체 거동을 보이는 반면 PBAT는 낮은 주파수에서 더 높은 안정 전단 점도와 더 높은 탄성을 나타냅니다. 따라서 PBAT (총 블렌드의 최대 30wt%)를 통합하면 PBAT/PLA 블렌드의 용융 탄성과 점도가 증가했습니다. PBAT의 추가는 뉴턴 지역의 감소로 이어졌습니다. PBAT/PLA 블렌드는 PLA보다 높은 전단 속도에서 더 낮은 전단 점도를 나타냈습니다. 유연한 PBAT 분자 사슬은 또한 가공 온도를 넓히고 압출에서 PLA의 가공성을 향상시키는 데 도움이 되었습니다. 또한 압출 블로우 성형에 의한 PLA 멀치 필름의 제조는 PBAT (70wt%)를 첨가하여 달성된 것으로 보고되었습니다. PBAT/PLA 멀치 시트의 광학적 특성, 가스 투과성 및 열화가 조사되었습니다.

 

 

PBAT 적용

지난 20년 동안 PBAT 분야에서 방대한 양의 연구가 진행된 것은 그 중요성을 보여줍니다. 그러나 연구 개발은 제품 수명주기의 일부일뿐입니다. 실제 제품은 과학이 특정 응용 분야에 적용될 때 시작됩니다. 따라서 제품 프로세스는 새로운 재료를 시장에 도입합니다. 이제 PBAT의 개발 상태는 점점 더 시장에 적용되고 있습니다. PBAT를 기반으로 한 많은 제품들이 쇼핑백, 쓰레기 봉투, 칼 붙이, 멀치 필름 등과 같은 많은 분야에 적용되었습니다. 이 중 두 가지 응용 프로그램을 소개합니다. 하나는 최근 시장, 다른 하나는 미래 시장을 겨냥한 멀치 필름입니다.

 

1. 포장

기존의 플라스틱 포장재는 다른 포장재에 비해 우수한 특성과 저렴한 비용으로 인해, 많은 소비재 및 쓰레기 수거 용도로 널리 사용되었습니다. 지난 10년 동안 매년 약 1,400만 톤의 기존 플라스틱 포장 폐기물이 발생했으며, 이 중 160만 톤만이 재활용을 통해 회수되었고 나머지는 매립지로 처리되었습니다.

 

기존의 플라스틱 포장을 줄이기 위한 노력의 일환으로, 회수 기술 중 하나는 생분해 공정을 사용한 퇴비화입니다. 그 결과 퇴비화가 가능한 많은 생분해성 PBAT 기반 재료가 상용화되고 있습니다.

 

이러한 재료를 기반으로 한 포장은 기존 플라스틱 재료와 비교할 때 고유한 특성 때문에 현재 많은 분야에서 큰 관심을 받고 있습니다. 원하는 용도를 위한 패키지를 만들기 위해 추가로 처리할 수 있는 상업적으로 이용 가능한 퇴비화 가능한 PBAT 기반 재료가 많이 있습니다. PBAT 기반 재료를 개발하고 있는 주목할만한 회사로는 BASF, Novamont, BIOTECH 및 KINGFA 등이 있습니다. 생분해성 플라스틱 분야의 세계적 리더 중 하나인 KINGFA는 PBAT, 전분 및 PLA 등을 기반으로 여러 퇴비화 가능한 재료를 개발했습니다. 특히 쇼핑백, 퇴비 봉투 등의 포장에서 여러 응용 분야를 발견했습니다 .. Starch-PBAT 블렌드를 기반으로 KINGFA가 감독하는 쇼핑백은 중국의 고급 슈퍼마켓에서 널리 사용되었으며, 이는 중국에서 생분해성 플라스틱 적용의 모델이되었습니다.

 

2. 멀치 필름

현대 농업은 기존의 플라스틱 멀치 필름의 사용에 크게 의존합니다. 이러한 필름은 토양 온도를 높이고 토양 수분을 보존하며 잡초 성장을 제어하고 악천후 및 해충으로부터 보호함으로써 작물 수확량을 높일 수 있기 때문입니다. 세계 농업용 필름 시장은 2021년까지 연간 750만 톤에 이를 것으로 예상되며, 중국은 연간 150만 톤의 PE 멀치 필름을 가장 많이 사용합니다. 이러한 PE 멀치 필름을 사용한 후에는 특히 박막을 사용하는 경우, 풍화로 인한 PE 필름 취화 및 조각화로 인해 농업 분야에서 완전히 복구하기가 어렵습니다. 잔류 PE 필름이 농지 토양에 들어가고 축적되어 물 침투를 차단하고 토양 가스 교환을 방해하여 토양 생산성을 감소시킵니다.

 

토양에 잔류하는 PE 멀치 필름의 축적을 극복하기 위한 유망한 접근 방식은 토양 미생물에 의해 분해될 수 있도록 설계된 폴리머로 구성된 생분해성 멀치 필름으로 기존의 멀치 필름을 대체하는 것입니다. 토양에 놓인 생분해성 멀치 필름은 유용한 수명 동안 노화 및 분해되기 쉬우므로 특정 특성이 필요합니다. PBAT 기반 멀치 필름을 그림 농업 요건을 충족하기 위해 KINGFA에서 개발했습니다. 토양에 적용할 때 PBAT 기반 멀치 필름은 유용한 수명 동안 물, 고온 및 UV 복사에 거의 영향을 받지 않을 수 있으며 유용한 수명 후에 완전히 생분해될 수 있습니다. PBAT / PLA / Nano-particles 복합 재료를 기반으로 KINGFA에서 제조한 농업용 필름은 중국의 많은 지역과 작물에 적용되어 긍정적인 결과를 얻었으며 이는 중국에서의 발전을 위한 좋은 기반을 구축했습니다.

 

 

결론

기존 플라스틱의 무차별적인 사용은 심각한 환경 문제를 가져 왔고, 생분해성 플라스틱, 특히 생분해성으로 인해 환경 보존에 많은 이점을 제공할 수 있는 PBAT 기반 생분해성 플라스틱에 대한 관심이 증가했습니다. PBAT는 기존 폴리 에스터 제조 기술을 사용하여 쉽게 합성할 수 있으므로 단기간에 PBAT를 위한 충분한 용량을 얻을 수 있습니다. PBAT는 우수한 생분해성뿐만 아니라 우수한 특성을 보여주기 때문에 PBAT는 특히 패키지 및 멀치 필름 적용 분야에서 많은 분야에 적용될 수 있습니다.

 

따라서 PBAT는 가장 유망한 생분해성 폴리 에스터 중 하나로 간주됩니다. 미래에 바이오매스 성분을 PBAT로 전환하는 것은 화석 연료 위기를 극복하기 위한 유망하고 경제적인 기술 중 하나입니다.