Газовите бариерни свойства играят решаваща роля в различни приложения за опаковане, тъй като определят способността на материала да предотвратява преминаването на газове като кислород, въглероден диоксид и водна пара. През последните години се наблюдава нарастващ интерес към биоразградимите полимери като поли(бутилен адипат-ко-терефталат) (PBAT), полимлечна киселина (PLA) и царевично нишесте поради тяхната екологичност. Като водещ доставчик на PBAT, PLA и царевично нишесте, често ме питат за техните газови бариерни свойства. В този блог ще се задълбоча в газовите бариерни характеристики на тези материали, ще изследвам факторите на тяхното влияние и ще обсъдя приложенията им в опаковъчната индустрия.
Газобариерни свойства на PBAT
PBAT е биоразградим кополиестер, който съчетава гъвкавостта на алифатните полиестери с механичната якост на ароматните полиестери. Той се използва широко в приложения за опаковане, особено за гъвкави филми. Въпреки това, по отношение на бариерните за газ свойства, PBAT има относително лоши характеристики.
Молекулярната структура на PBAT допринася за неговата ограничена газова бариерна способност. Дългите алифатни вериги в PBAT осигуряват гъвкавост, но също така създават относително големи свободни обеми в полимерната матрица. Тези свободни обеми позволяват на газовите молекули да дифундират през материала по-лесно. Например, кислородът може да проникне през PBAT филми с относително висока скорост, което може да доведе до окисляване на опаковани продукти, като хранителни продукти.
Газопроницаемостта на PBAT също се влияе от фактори като температура и влажност. При по-високи температури полимерните вериги стават по-мобилни, увеличавайки свободния обем и по този начин засилвайки дифузията на газа. По същия начин, високата влажност може да пластифицира PBAT, като допълнително намали неговата газова бариера.
Въпреки сравнително лошите си газови бариерни свойства, PBAT има отлична съвместимост с други полимери. Може да се смесва с материали, които имат по-добри газови бариерни свойства, за да се подобри цялостното представяне на композита. Например, смесването на PBAT с PLA или полимери на основата на нишесте може потенциално да подобри характеристиките на газовата бариера, като същевременно поддържа биоразградимостта на материала.
Газобариерни свойства на PLA
PLA е биоразградим термопластичен полиестер, получен от възобновяеми източници като царевично нишесте или захарна тръстика. Той спечели значително внимание в опаковъчната индустрия поради добрите си механични свойства, прозрачност и възможност за обработка. Що се отнася до газовите бариерни свойства, PLA се представя по-добре от PBAT, но все още има ограничения.
Сравнително твърдата молекулярна структура на PLA ограничава движението на газовите молекули до известна степен. Наличието на лактидни единици в PLA създава по-компактна полимерна верига в сравнение с PBAT. В резултат на това PLA има по-ниска газопропускливост от PBAT. Например, кислородната пропускливост на PLA е приблизително една - десета от тази на PBAT при подобни условия.
Въпреки това, PLA има и някои недостатъци по отношение на характеристиките на газовата бариера. Подобно на PBAT, неговата газопропускливост е чувствителна към температура и влажност. При високи температури повишената мобилност на полимерните вериги позволява на газовите молекули да дифундират по-лесно. Освен това PLA е хигроскопичен, което означава, че може да абсорбира влагата от околната среда. Абсорбираната влага може да пластифицира полимера, намалявайки неговата ефективност на газовата бариера.
За да се подобрят газовите бариерни свойства на PLA, могат да се използват различни стратегии. Един подход е да се използва нанокомпозитна технология. Чрез включването на наночастици като монтморилонит или слоести силикати в PLA матрицата, пътят на дифузия на газа може да бъде криволичещ, като ефективно намалява пропускливостта на газа. Друг метод е да се покрият PLA филмите с тънки слоеве от материали с отлични газови бариерни свойства, като поливинилиден хлорид (PVdC) или етилен-винил алкохол (EVOH).
Газобариерни свойства на царевичното нишесте
Царевичното нишесте е естествен полимер, който е изобилен, възобновяем и биоразградим. Той се използва в разработването на биоразградими опаковъчни материали от много години. Въпреки това, чистото царевично нишесте има изключително лоши газови бариерни свойства поради своята силно хидрофилна природа и пореста структура.
Хидроксилните групи в молекулите на царевичното нишесте могат да образуват водородни връзки с водните молекули, което прави материала силно податлив на абсорбция на влага. Когато царевичното нишесте абсорбира влагата, то набъбва и структурата му става по-пореста, което позволява на газовите молекули да преминават лесно. В допълнение, аморфните области в царевичното нишесте осигуряват големи свободни обеми за дифузия на газ.
За подобряване на газовите бариерни свойства на материалите на основата на царевично нишесте обикновено се използват няколко метода за модификация. Един от най-ефективните начини е да се смеси царевично нишесте с други полимери. Например, смесването на царевично нишесте с PBAT или PLA може да намали хидрофилността на материала и да подобри неговите механични и газови бариерни свойства. Друг подход е кръстосано свързване на молекулите на царевичното нишесте. Кръстосаното свързване може да намали свободния обем и да увеличи плътността на материала, като по този начин подобри неговата газова бариера.
Приложения в опаковъчната индустрия
Газобариерните свойства на PBAT, PLA и царевичното нишесте определят тяхната пригодност за различни опаковъчни приложения.
PBAT, със своята гъвкавост и относително лоши газови бариерни свойства, често се използва в приложения, където основното изискване е гъвкавост, а не високо ниво на газова бариерна защита. Например, може да се използва в производството на пазарски чанти, селскостопански филми и някои нехранителни гъвкави опаковки.
PLA, със своите по-добри характеристики на бариера срещу газ в сравнение с PBAT, е по-подходящ за опаковъчни приложения, които изискват умерена защита на бариера срещу газ. Обикновено се използва при опаковането на пресни продукти, хлебни изделия и някои негазирани напитки. Прозрачността на PLA също го прави привлекателен избор за приложения, където видимостта на продукта е важна.
Материалите на базата на царевично нишесте, след правилна модификация, могат да се използват в различни опаковъчни приложения. Например, те могат да се използват в производството на контейнери за храна за еднократна употреба, тави и някои евтини опаковки. Биоразградимостта на материалите на основата на царевично нишесте ги прави екологична алтернатива на традиционните пластмаси на основата на петрол.
Влияние на смесването и композитното образуване
Както бе споменато по-рано, смесването на PBAT, PLA и царевично нишесте може да има значително въздействие върху техните газови бариерни свойства. Когато тези полимери се смесят, полученият композит може да комбинира предимствата на всеки компонент.
Например, смес от PBAT и PLA може да има подобрени газови бариерни свойства в сравнение с чистия PBAT. Твърдите PLA вериги могат да ограничат движението на газовите молекули в композита, докато гъвкавите PBAT вериги могат да осигурят необходимите механични свойства. По подобен начин, смесването на царевично нишесте с PBAT или PLA може да намали хидрофилността на царевичното нишесте и да подобри неговата газова бариера.
В допълнение към смесването, образуването на композити с други материали може също да подобри газопреградните свойства. Например, включването на нанопълнители в полимери на базата на PBAT, PLA или царевично нишесте може да създаде криволичеща пътека за дифузия на газ, като ефективно намалява пропускливостта на газа.
Контакт за покупка и сътрудничество
Ако се интересувате от нашите висококачествени PBAT, PLA и продукти от царевично нишесте или ако имате някакви въпроси относно техните газови бариерни свойства и потенциални приложения, моля не се колебайте да се свържете с нас. Ние се ангажираме да ви предоставим най-добрите продукти и техническа поддръжка. Независимо дали сте производител на опаковки, който търси биоразградими суровини, или изследовател, изследващ нови приложения, ние сме тук, за да ви помогнем. Можете да посетите нашия уебсайт, за да научите повече за нашитеПбат и Пла,Биоразградим материал, иБиоразградима смола. Нека работим заедно, за да насърчим използването на устойчиви и биоразградими материали в индустрията.
Референции
- Auras, R., Harte, B., & Selke, S. (2004). Преглед на полилактидите като опаковъчни материали. Macromolecular Bioscience, 4 (9), 835 - 864.
- Avérous, L. (2004). Биоразградими многофазни системи на базата на пластифицирано нишесте: преглед. Journal of Macromolecular Science, част C: Polymer Reviews, 44(3), 231 - 274.
- Киелини, Е., Соларо, Р. и Синели, П. (2003). Биоразградими полимери от възобновяеми ресурси: преглед. European Polymer Journal, 39 (12), 2413 - 2432.
- Фортунати, Е., Арментано, И., Матосо, LHC, Кени, Дж. М. и Лузи, Ф. (2012). Биоразградими нанокомпозити на основата на поли(млечна киселина) и нишесте: Преглед. Въглехидратни полимери, 89 (1), 1 - 12.