PL245448B1 - Biokompozyt w postaci laminatu i sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu - Google Patents
Biokompozyt w postaci laminatu i sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu Download PDFInfo
- Publication number
- PL245448B1 PL245448B1 PL433447A PL43344720A PL245448B1 PL 245448 B1 PL245448 B1 PL 245448B1 PL 433447 A PL433447 A PL 433447A PL 43344720 A PL43344720 A PL 43344720A PL 245448 B1 PL245448 B1 PL 245448B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- pla
- pbat
- polymer
- laminate
- biocomposite
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011173 biocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims abstract description 82
- 229920001181 poly(butylene adipate-co-butylene terephthalate) Polymers 0.000 claims abstract description 49
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 18
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims description 16
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 15
- 208000034530 PLAA-associated neurodevelopmental disease Diseases 0.000 claims description 3
- 238000003490 calendering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- -1 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 3
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 3
- 238000012667 polymer degradation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 240000008564 Boehmeria nivea Species 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 229920001245 poly(D,L-lactide-co-caprolactone) Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 125000000383 tetramethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMNIXWIUMCBBBL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-phenylpropan-2-ylperoxy)propan-2-ylbenzene Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(C)(C)OOC(C)(C)C1=CC=CC=C1 XMNIXWIUMCBBBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004970 Chain extender Substances 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- JJTUDXZGHPGLLC-UHFFFAOYSA-N lactide Chemical compound CC1OC(=O)C(C)OC1=O JJTUDXZGHPGLLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920006280 packaging film Polymers 0.000 description 1
- 239000012785 packaging film Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229920001896 polybutyrate Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007151 ring opening polymerisation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest biokompozyt w postaci laminatu z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym, w którym osnowa polimerowa zawiera mieszaninę polilaktydu (PLA) oraz poli(adypinian butylenu-co-tereftalan butylenu) (PBAT), przy czym zawartość fazy PBAT wynosi od 5 do 60% wagowych w stosunku do PLA. Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania biokompozytu polimerowego, w którym osnowę kompozytową w postaci mieszaniny PLA/PBAT, wytworzoną metodą wytłaczania w temperaturze procesu od 150 do 270°C, przy zawartości fazy PBAT od 5 do 60% wagowych w stosunku do PLA, łączy się ze wzmocnieniem włóknistym techniką prasowania na gorąco, współwytłaczania lub kalandrowania.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest biokompozyt w postaci laminatu oraz sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu. Biokompozyt polimerowy cechuje się podwyższonymi właściwościami mechanicznymi.
Polilaktyd (PLA) stanowi obecnie najbardziej popularny gatunek spośród wielu polimerów biodegradowalnych, syntezuje się go z surowców powstałych na bazie materiałów odnawialnych takich jak mączka kukurydziana. Polimer ten zalicza się do grona poliestrów alifatycznych, dwie najpopularniejsze metody jego syntezy to polimeryzacja z otwarciem pierścienia laktydu oraz polikondensacja kwasu mlekowego [Lim LT, Auras R, Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid). Progress in Polymer Science (Oxford) 2008; 33: 820-52. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.004.].
Ze względu na swoje właściwości materiałowe oraz zbliżony do politereftalanu etylenu (PET) sposób przetwarzania, polimer ten znajduje liczne zastosowania w branży opakowaniowej. PLA jest często nazywany biopolimerem, w pierwszej kolejności ze względu na swój biopochodny charakter, w drugiej zaś ze względu na cechy biodegradowalne. Z tych względów polimer stanowi obiekt dużego zainteresowania jako osnowa dla biokompozytów. Materiały tego typu zyskują coraz większą popularność głównie, umożliwią bowiem zastąpienie klasycznych kompozytów na bazie żywic chemoutwardzalnych i włókien szklanych, poprzez materiały wzmocnione włóknami naturalnymi. Dotychczas jednak najczęściej jednak osnowę dla biokompozytów stosowano klasyczne polimery termoplastyczne takiej jak polietylen, polipropylen lub polichlorek winylu. W połączeniu z włóknami naturalnymi materiały te zyskują możliwość przetwarzania takimi technikami jak wtryskiwanie lub wytłaczanie, jednak ich biodegradacja jest nie możliwa. Zastosowanie PLA jako osnowy dla biokompozytów zwiększa udział biopochodnych składników w materiale, dodatkowo ze względ u na proces biodegradacji możliwe jest wyeliminowanie problemów związanych z zagospodarowaniem odpadów po okresie eksploatacji. Jako jedną z wad PLA można uznać jego powolną degradację, często wymagającą stosowania przemysłowych systemów kompostujących. Cecha ta jest ściśle związana z temperaturą zeszklenia PLA. Wynosi ona około 55-60°C i dopiero wyżej tego zakresu, mobilność łańcuchów polimerowych umożliwia skuteczny rozpad wiązań w polimerze. Jednym z rozwiązań tego problemu jest mieszanie PLA z innego ty pu polimerami biodegradowalnymi, z zasady stosowane są wtedy polimery o znacznie wyższej tendencji do rozkładu, również w warunkach standardowego kompostowania. Wśród stosowanych materiałów można wymienić PCL [Takayama T, Todo M, Tsuji H. Effect of annealing on the mechanical properties of PLA/PCL and PLA/PCL/LTI polymer blends. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 2011; 4: 255-60. doi:10.1016/j.jmbbm.2010.10.003.], PBS [Hassan E, Wei Y, Jiao H, Yu M. Dynamic Mechanical properties and Thermal stability of Poly(lactic acid) and poly(butylene succinate) blends composites. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics 2013; 6: 85-94. doi:10.3993/jfbi03201308.], TPS [Lv S, Gu J, Cao J, Tan H, Zhang Y. Effect of annealing on the thermal properties of poly (lactic acid)/starch blends. International Journal of Biological Macromolecules 2015; 74: 297-303.
doi:10.1016/j.ijbiomac.2014.12.022.] oraz PBAT [Al-Itry R, Lamnawar K, Maazouz A, Billon N, Combeaud C. Effect of the simultaneous biaxial stretching on the structural and mechanical properties of PLA, PBAT and their blends at rubbery state. European Polymer Journal 2015; 68: 288-301. doi:10.1016/j.eurpolymj.2015.05.001; Al-Itry R, Lamnawar K, Maazouz A. Improvement of thermal stability, rheological and mechanical properties of PLA, PBAT and their blends by reactive extrusion with functionalized epoxy. Polymer Degradation and Stability 2012; 97: 1898-914. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2012.06.028.; Arruda LC, Magaton M, Bretas RES, Ueki MM. Influence of chain extender on mechanical, thermal and morphological properties of blown films of PLA/PBAT blends. Polymer Testing 2015; 43: 27-37. doi:10.1016/j.polymertesting.2015.02.005.].
Ten ostatni polimer został wybrany w pracach badawczo-rozwojowych nad wynalazkiem jako materiał do modyfikacji omawianych materiałów. Oprócz wyższej od PLA tendencji do degradacji posiada on również właściwości zbliżone do elastomerów termoplastycznych, czyli wysokie wydłużenie oraz udarność. Cechy te są kluczowe w celu uzyskania dobrych właściwości mechanicznych przez mieszaninę polimerową, w której PLA stanowić będzie sztywną osnowę, natomiast PBAT w postaci drobnodyspersyjnej doprowadzi do zmian w mechanice pękania materiału i w konsekwencji pozwoli zwiększyć wydłużenie oraz udarność.
Jednym z głównych ograniczeń w zastosowaniu PLA jego blendów oraz kompozytów jest ograniczona stabilność termiczna oraz tendencja do degradacji hydrolitycznej powodowane zbyt wysoką temperaturą procesu przetwórczego lub obecnością wilgoci w trakcie przetwarzania. Spośród wielu metod ograniczenia tego zjawiska, aktualnie popularność zyskuje metoda reaktywnego wytłaczania z udziałem związków chemicznych zwiększających masę cząsteczkową PLA. Do grona tych modyfikatorów można zaliczyć reaktywne nadtlenki [Ma P, Cai X, Zhang Y, Wang S, Dong W, Chen M, et al. Insitu compatibilization of poly(lactic acid) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) blends by using dicumyl peroxide as a free-radical initiator. Polymer Degradation and Stability 2014; 102: 145-51. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.025.] liczne odmiany izocyjanianów [Pan H, Li Z, Yang J, Li X, Ai X, Hao Y, et al. The effect of MDI on the structure and mechanical properties of poly(lactic acid) and poly(butylene adipate-co-butylene terephthalate) blends. RSC Advances 2018; 8: 4610-23. doi:10.1039/C7RA10745E.], lub modyfikatory na bazie grup epoksydowych [Al-Itry R, Lamnawar K, Maazouz A. Improvement of thermal stability, rheological and mechanical properties of PLA, PBAT and their blends by reactive extrusion with functionalized epoxy. Polymer Degradation and Stability 2012; 97: 1898-914. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2012.06.028.].
Skuteczność tych ostatnich została potwierdzona wielokrotnie dla wielu odmian poliestrów w tym również PLA. Zaletą tego typu modyfikatorów jest możliwość zwiększenia masy cząsteczkowej polimeru, co odbywa się poprzez przyłączenie grup końcowych degradującego polimeru do łańcucha reaktywnego oligomeru. Pierwotne przeznaczenie reaktywnych kompatybilizatorów, czyli zastosowanie jako środek poprawiający przetwórstwo PET zwłaszcza jego odmian poddanych recyklingowi, zostało rozszerzone o inne poliestry termoplastyczne takie jak PBT, PTT i PLA. W przypadku PLA proces reaktywnego wytłaczania umożliwia również prowadzenie procesów przetwórczych w wysokich temperaturach lub obecności wilgoci [Yuryev Y, Mohanty AK, Misra M. A New Approach to Supertough Poly(lactic acid): A High Temperature Reactive Blending. Macromolecular Materials and Engineering 2016; 301: 144353. doi:10.1002/mame.201600242; Yuryev Y, Mohanty AK, Misra M. Novel super-toughened bio-based blend from polycarbonate and poly(lactic acid) for durable applications. RSC Advances 2016; 6: 105094-104. doi:10.1039/C6RA21208E.].
Spośród dotychczas odnotowywanych doniesień literaturowych mieszanina PLA/PBAT rzadko była brana pod uwagę jako osnowa dla kompozytów, częściej jako materiał właściwy przeznaczony do 1szego przetwórstwa. Najczęściej blendy tego typu przeznaczone są do produkcji folii opakowaniowej, co potwierdzają liczne artykuły naukowe [Hamad K, Kaseem M, Ayyoob M, Joo J, Deri F. Polylactic acid blends: The future of green, light and tough. Progress in Polymer Science 2018; 85: 83-127.
doi:10.1016/j.progpolymsci.2018.07.001.] w nielicznych przypadkach zastosowanie PBAT jako dodatku do PLA skutkuje poprawą udarności wyrobów uzyskiwanych techniką wtryskiwania [Lim LT, Auras R, Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid). Progress in Polymer Science (Oxford) 2008; 33: 820-52. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.004. Lim LT, Auras R, Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid). Progress in Polymer Science (Oxford) 2008; 33: 820-52. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.004.Lim LT, Auras R, Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid). Progress in Polymer Science (Oxford) 2008; 33: 820-52. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.004. Lim LT, Auras R, Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid). Progress in Polymer Science (Oxford) 2008; 33: 820-52. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.004.].
Dotychczasowe doniesienia obejmujące zastosowanie mieszanin PLA/PBAT jako osnowy kompozytowej dotyczyły tylko obszaru technologii wtryskiwania, gdzie materiał ten był stosowany w połączeniu z włóknami kenaf [Sis ALM, Ibrahim NA, Yunus WMZW. Effect of (3-aminopropyl)trimethoxysilane on mechanical properties of PLA/PBAT blend reinforced kenaf fiber. Iranian Polymer Journal (English Edition) 2013; 22: 101-8. doi:10.1007/s13726-012-0108-0.], ramie [Yu T, Li Y. Influence of poly(butylenes adipate-co-terephthalate) on the properties of the biodegradable composites based on ramie/poly(lactic acid). Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2014; 58: 24-9. doi:10.1016/j.compositesa. 2013.11.013.], jedwabiem [Nakayama D, Wu F, Mohanty AK, Hirai S, Misra M. Biodegradable Composites Developed from PBAT/PLA Binary Blends and Silk Powder: Compatibilization and Performance Evaluation. ACS Omega 2018; 3: 12412-21. doi:10.1021/acsomega.8b00823.] lub nawet nanorurkami węglowymi Ko SW, Hong MK, Park BJ, Gupta RK, Choi HJ, Bhattacharya SN. Morphological and rheological characterization of multi-walled carbon nanotube/PLA/PBAT blend nanocomposites. Polymer Bulletin 2009; 63: 125-34. doi:10.1007/s00289-0090072-9.].
W stanie techniki z publikacji WO2014124563A1 oraz CN102675839A znany jest sposób wytwarzania folii i laminatów biodegradowalnych na bazie PLA i dodatku innych polimerów biodegradowalnych. Sposób wytwarzania tych materiałów wskazuje na możliwość zastosowania mieszanin polimerowych na bazie PLA, w tym układów typu PLA/PBAT, jako osnowy polimerowej w celu wykonania laminatów polimerowych. Skład osnowy polimerowej jest zbliżony do składu biokompozytu według wynalazku, ponieważ zarówno w tych rozwiązaniach jaki i wynalazku znajduje zastosowanie mieszanina PLA/PBAT zawierająca od 5 do 60% PBAT. W przypadku rozwiązań opisany w WO2014124563A1 oraz CN102675839A należy jednak wskazać, że dodatek PBAT, PHA oraz innych biopolimerów do osnowy PLA ma odmienny cel niż w przypadku wynalazku. Celem prowadzonej modyfikacji jest uzyskanie materiału o przyspieszonym, w stosunku do czystego PLA, czasie degradacji, co potwierdza przedstawienie wyniki testów degradacji prowadzonych w różnych warunkach kompostowania.
Przede wszystkim jednak rozwiązania te nie wskazują na konieczność stosowania dodatkowej modyfikacji układu polimerowego za pomocą reaktywnych dodatków, tak jak jest to przedstawione w wynalazku, w którym głównym celem prowadzenia modyfikacji osnowy PLA jest konieczność uzyskania wysokiej udarności układu polimerowego, co ma zapewnić wysoką trwałość otrzymanych laminatów wzmacnianych tkaniną lnianą. Wybór lnu jako zbrojenia kompozytowego został podyktowany wysoką wytrzymałością włókien tego typu, co w połączeniu z większą udarnością odnowy zapewnia większą trwałość opracowanych laminatów.
Z innej publikacji CN105199347A znany jest także materiał w postaci kompozytu PLA/montmorylonit w celu zastosowania jako modyfikator dla mieszanin typu PLA/PBAT. Z publikacji tej znany jest także sposób przygotowania mieszaniny kompozytowej PLA/MMT, gdzie PLA stanowi osnowę natomiast nanocząstki MMT napełniacz polimerowy. Istotą tego sposobu jest otrzymywanie koncentratu PLA/MMT, w celu uzyskania materiału przyspieszającego proces degradacji innych materiałów biodegradowalnych. W rozwiązaniu tym mieszanina PLA/PBAT została przedstawiona jako materiał możliwy do modyfikacji, nie stanowi ona jednak kluczowego dla opisu materiału. Należy zwrócić tu uwagę, że celem rozwiązania opisanego w CN105199347A nie jest wytworzenie trwałych i wytrzymałych laminatów kompozytowych, jak w przypadku wynalazku, a jedynie opracowanie sposobu przyspieszenia procesu degradacji dla mieszanin biodegradowalnych, w tym materiałów PLA/PBAT.
Inna znana w stanie techniki publikacja CN106674923A wskazuje na możliwość zastosowania mieszaniny PBAT/PLA jako osnowy polimerowej w produkcji membran o kontrolowanym procesie degradacji. W tym przypadku istnieje konieczność zastosowania węglanu wapnia jako napełniacza polimerowego oraz dodatku zwiększającego antybakteryjność. Taki materiał można zastosować przy produkcji folii otrzymywanej techniką rozdmuchu. Celem takiego rozwiązania jest zatem głównie otrzymanie wyrobów foliowych o przyspieszonej lub kontrolowanej degradacji. Publikacja ta nie wskazuje na możliwość zastosowania opracowanego materiału jako osnowy w laminatach kompozytowych, co stanowi główny cel dla wynalazku. Publikacja ta również nie sugeruje możliwości stosowania opracowanego materiału w połączeniu z włóknami naturalnymi lub w jakiejkolwiek aplikacji kompozytowej.
Z polskiego opisu patentowego PL217819B1 znana jest także możliwość zastosowania mieszaniny typu PLA/PBAT jako bazy polimerowej w procesie wytłaczania folii sztywnej przeznaczonej do procesu termoformowania. Opisany sposób otrzymywania folii ma umożliwić uzyskanie wyrobów o lepszej jakości, jednak autorzy nie wskazują, jaki konkretny obszar właściwości ulega poprawie. Rozwiązanie co prawda wskazuje na możliwość wprowadzenia do mieszaniny PLA/PBA T wielu innych polimerów jak PBA, PBT lub BDO, jednak nie wskazuje na możliwość stosowania napełniaczy polimerowych, w tym włókien naturalnych, ani też nie sugeruje możliwości zastosowania opracowanej kompozycji polimerowej jako osnowy w laminatach kompozytowych, tak jak jest to przedstawione w przypadku wynalazku.
W stanie techniki nie odnotowano przypadków zastosowania mieszanin PLA/PBAT jako osnowy kompozytowej do wytwarzania laminatów wzmocnionych włóknami długimi, co stanowi przedmiot wynalazku.
Przedmiot wynalazku w postaci laminatu na osnowie modyfikowanej odmiany mieszaniny PLA/PBAT oraz sposób jego wytwarzania, stanowi nowe rozwiązanie technologiczne, którego główne zalety polegają na poprawie właściwości mechanicznych osnowy polimerowej oraz jej stabilności procesowej, w wyniku czego znacznej poprawie ulegają właściwości mechaniczne laminatów.
Biokompozyt polimerowy cechuje się podwyższonymi właściwościami mechanicznymi. Głównym celem zastosowania układu PLA/PBAT jest poprawa cech mechanicznych osnowy na bazie PLA, w szczególności wydłużenia oraz wytrzymałości udarowej. Cechy te w przypadku niemodyfikowanego
PL 245448 Β1
PLA stanowią największy mankament tego polimeru, dlatego w przypadku wytwarzania laminatów bazujących na tym polimerze poprawa tych właściwości dla materiału osnowy przyczynia się również do polepszenia cech mechanicznych kompozytu.
Istotą wynalazku jest biokompozyt w postaci laminatu z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym, w którym osnowa polimerowa zawiera mieszaninę polilaktydu (PLA) oraz poli(adypinian butylenu-co-tereftalan butylenu) (PBAT), przy czym zawartość fazy PBAT wynosi od 5 do 60% Wagowych w stosunku do PLA. Natomiast wzmocnienie włókniste, w ilości 40% wagowych, stanowi tkanina, mata lniane lub włókna ciągłe w postaci nawoju wykonane z włókien lnianych.
Istotą wynalazku jest także sposób wytwarzania biokompozytu polimerowego z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym. W sposobie tym osnowę kompozytową w postaci mieszaniny PLA/PBAT, wytworzoną metodą wytłaczania w temperaturze procesu od 150 do 270°C, przy zawartości fazy PBAT od 5 do 60% wagowych w stosunku do PLA, łączy się ze wzmocnieniem włóknistym, w ilości 40% wagowych, w postaci tkaniny, maty lnianej lub włókna ciągłego w postaci nawoju wykonanego z włókien lnianych, techniką prasowania na gorąco.
Biokompozyt w postaci laminatu z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym według wynalazku przedstawiono na następujących przykładach.
Lista właściwości mechanicznych polilaktydu zastosowanego do badań została zamieszczona w tabeli 1, zestawienie wyników obejmuje również kompozyt PLA + len stanowiący odnośnik dla laminatów PLA/PBAT + len, które stanowią przedmiot omawianego wynalazku. Technika otrzymywania kompozytu referencyjnego PLA + len jest identyczna w stosunku do przykładów kompozytów prezentowanych w przykładzie 1 i 2.
Tabela 1
Właściwości czystego niemodyfikowanego PLA oraz laminatu PLA/tkanina lniana
| Wytrzymałość doraźna, przy rozciąganiu | Moduł sprężystości, przy' rozciąganiu | Wydłużenie przy zerwaniu, przy rozciąganiu | Wytrzymałość, przy zginaniu | Moduł sprężystości, przy' zginaniu | |
| MPa | MPa | % | MPa | MPa | |
| PLA | 62 | 2850 | 3 | 83 | 3500 |
| kompozyt PLA+len | 48 | 5400 | 2,3 | ?? | ?? |
Przykład 1
Niemodyfikowany granulat PLA oraz granulat PBAT zostają wymieszane na wytłaczarce dwuślimakowej w temperaturze 180°C, przy czym zakres temperaturowy procesu wytłaczania może się zawierać w granicach od 150 do 280°C, w zależności od zastosowanego typu granulatu oraz ewentualnych dodatków poprawiających stabilność termiczną materiałów polimerowych. Stosunek wagowy PLA do PBAT wynosi 90%/10%. Tak otrzymana mieszaninazostaje w następnym kroku uformowana metodą wytłaczania do postaci folii o grubości 100 μητ, przy czym zakres ten może wynosić 25-500 μητ Proponowaną metodą wytwarzania folii jest metoda wytłaczania z rozdmuchem lub metoda wytłaczania folii wylewanej. W wybranych przypadkach dopuszcza się jednak zastosowanie innych metod kształtowania jak prasowanie, walcowanie lub otrzymywanie folii metodą rozpuszczalnikową. Tak przygotowany materiał zostaje w kolejnym kroku połączony z kompozytowym wzmocnieniem w formie tkaniny lnianej o gramaturze 150 g/cm3. Udział wagowy tkaniny lnianej w kompozycie dla podanego przykładu wynosi 40%, dopuszczalna jest również inna forma włóknistego wzmocnienia jak mata lub włókna ciągłe w postaci nawoju. W celu przygotowania laminatu stół prasy hydraulicznej zostaje rozgrzany do temperatury 180°C. Pomiędzy rozgrzanymi płytami prasy umieszczone zostają naprzemiennie warstwy tkaniny lnianej oraz folii polimerowej, w referencyjnym przykładzie realizacji pięć warstw tkaniny i cztery warstwy folii. Po etapie wstępnego rozgrzania do temperatury prasy, przy ciśnieniu docisku 10 bar i czasie 3 minut, laminat jest następnie prasowany z siłą docisku 50 bar w czasie 10 minut. Po tym okresie następuje etap chłodzenia, gdzie laminat jest chłodzony do temperatury otoczenia. W omawianym przykładzie odbywało się to przy pomocy obiegu wodnego, czas chłodzenia do temperatury 20°C wynosił 15 minut.
PL 245448 Β1
W tabeli 2 przedstawiono porównanie właściwości mechanicznych laminatu modyfikowanego przy pomocy 10% dodatku PBAT.
Tabela 2
Właściwości mechaniczne laminatu PLA/PBAT (90/10) + len
| Wytrzymałość doraźna, przy rozciąganiu | Moduł sprężystości, przy rozciąganiu | Wydłużenie przy zerwaniu, przy rozciąganiu | Wytrzymałość , przy zginaniu | Moduł sprężystości, przy’ zginaniu | |
| MPa | MPa | % | MPa | MPa | |
| PLA/PBAT (90/10) +len 40% | 72 | 6900 | 2,5 | 120 | 7100 |
Przykład 2
Niemodyfikowany granulat PLA oraz granulat PBAT zostały wymieszane na wytłaczarce dwuślimakowej w temperaturze 180°C, przy czym zakres temperaturowy procesu wytłaczania może się zawierać w granicach od 150 do 280°C, w zależności od zastosowanego typu granulatu oraz ewentualnych dodatków poprawiających stabilność termiczną materiałów polimerowych. Stosunek wagowy PLA do PBAT wynosi 70%/30%. Tak otrzymana mieszanina zostaje w następnym kroku uformowana metodą wytłaczania do postaci folii o grubości 100 μητ, przy czym zakres ten może wynosić 25-500 μπι. Proponowaną metodą wytwarzania folii jest metoda wytłaczania z rozdmuchem lub metoda wytłaczania folii wylewanej. W wybranych przypadkach dopuszcza się jednak zastosowanie innych metod kształtowania jak prasowanie, walcowanie lub otrzymywanie folii metodą rozpuszczalnikową. Tak przygotowany materiał zostaje w kolejnym kroku połączony z kompozytowym wzmocnieniem w formie tkaniny lnianej o gramaturze 150 g/cm3. Udział wagowy tkaniny lnianej w kompozycie dla podanego przykładu wynosi 40%, dopuszczalna jest również inna forma włóknistego wzmocnienia jak mata lub włókna ciągłe w postaci nawoju. W celu przygotowania laminatu stół pracy hydraulicznej zostaje rozgrzany do temperatury 180°C. Pomiędzy rozgrzanymi płytami prasy umieszczone zostają naprzemiennie warstwy tkaniny lnianej oraz folii polimerowej, w tym przykładzie pięć warstw tkaniny i cztery warstwy folii. Po etapie wstępnego rozgrzania do temperatury prasy, przy ciśnieniu docisku 10 bar i czasie 3 minut, laminat jest następnie prasowany z siła docisku 50 bar w czasie 10 minut. Po tym okresie następuje etap chłodzenia, gdzie laminat jest chłodzony do temperatury otoczenia, w omawianym przykładzie odbywało się to przy pomocy obiegu wodnego, czas chłodzenia do temperatury 20°C wynosił 15 minut.
W tabeli 3 przedstawiono porównanie właściwości mechanicznych laminatu modyfikowanego przy pomocy 30% dodatku PBAT.
Tabela 3
Właściwości laminatu typu PLA-PBAT (70/30) + tkanina lniana
| Wytrzymałość doraźna, piw rozciąganiu | Moduł sprężystości, przy’ rozciąganiu | Wydłużenie przy zerwaniu, przy rozciąganiu | Wytrzymałość, przy zginaniu | Moduł sprężystości, przy zginaniu | |
| MPa | MPa | % | MPa | MPa | |
| Kompozyt PLA/PBAT (70/30) +len 40% | 66 | 6500 | 2,7 | 88 | 6800 |
Claims (2)
1. Biokompozyt w postaci laminatu z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym, znamienny tym, że osnowa polimerowa zawiera mieszaninę polilaktydu (PLA) oraz poli(adypinian butylenu-co-tereftalan butylenu) (PBAT), przy czym zawartość fazy PBAT wynosi od 5 do 60% wagowych w stosunku do PLA a wzmocnienie włókniste, w ilości 40% wagowych, stanowi tkanina, mata lniana lub włókna ciągłe w postaci nawoju wykonane z włókien lnianych.
2. Sposób wytwarzania biokompozytu polimerowego w postaci laminatu z osnową polimerową i wzmocnieniem włóknistym, znamienny tym, że osnowę kompozytową w postaci mieszaniny PLA/PBAT, wytworzoną metodą wytłaczania w temperaturze procesu od 150 do 270°C, przy czym zawartość fazy PBAT wynosi od 5 do 60% wagowych w stosunku do PLA, łączy się ze wzmocnieniem włóknistym, w ilości 40% wagowych, w postaci tkaniny, maty lnianej lub włókna ciągłego w postaci nawoju wykonanego z włókien lnianych, techniką prasowania na gorąco.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433447A PL245448B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Biokompozyt w postaci laminatu i sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433447A PL245448B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Biokompozyt w postaci laminatu i sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL433447A1 PL433447A1 (pl) | 2021-10-04 |
| PL245448B1 true PL245448B1 (pl) | 2024-08-05 |
Family
ID=78055889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL433447A PL245448B1 (pl) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Biokompozyt w postaci laminatu i sposób wytwarzania biokompozytu w postaci laminatu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245448B1 (pl) |
-
2020
- 2020-04-03 PL PL433447A patent/PL245448B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL433447A1 (pl) | 2021-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fekete et al. | Highly toughened blends of poly (lactic acid)(PLA) and natural rubber (NR) for FDM-based 3D printing applications: The effect of composition and infill pattern | |
| Palai et al. | Synergistic effect of polylactic acid (PLA) and Poly (butylene succinate-co-adipate)(PBSA) based sustainable, reactive, super toughened eco-composite blown films for flexible packaging applications | |
| Carrasco et al. | Processing of poly (lactic acid): Characterization of chemical structure, thermal stability and mechanical properties | |
| Phetwarotai et al. | Toughening and thermal characteristics of plasticized polylactide and poly (butylene adipate-co-terephthalate) blend films: Influence of compatibilization | |
| Zhu et al. | Compatibilizing effects of maleated poly (lactic acid)(PLA) on properties of PLA/soy protein composites | |
| Jiang et al. | Structure and improved properties of PPC/PBAT blends via controlling phase morphology based on melt viscosity | |
| Miao et al. | In-situ polymerized cellulose nanocrystals (CNC)—poly (l-lactide)(PLLA) nanomaterials and applications in nanocomposite processing | |
| Zhang et al. | Polyurethane prepolymer-modified high-content starch-PBAT films | |
| Zhao et al. | Recent advances in compatibility and toughness of poly (lactic acid)/poly (butylene succinate) blends | |
| Tian et al. | Biodegradable foaming material of poly (butylene adipate-co-terephthalate)(PBAT)/poly (propylene carbonate)(PPC) | |
| Yu et al. | Effect of fiber surface-treatments on the properties of poly (lactic acid)/ramie composites | |
| CN113429750A (zh) | 一种复合增韧耐高温聚乳酸改性材料及其制备方法 | |
| Kumar et al. | Effect of poly (ethylene glycol) on 3D printed PLA/PEG blend: A study of physical, mechanical characterization and printability assessment | |
| JP2016065249A (ja) | 生分解性ポリマーブレンド | |
| Gutierrez et al. | Biocomposites based on cellulose acetate and short curauá fibers: Effect of plasticizers and chemical treatments of the fibers | |
| Wang et al. | Mechanical properties, crystallization and biodegradation behavior of the polylactide/poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)/poly (butylene adipate-co-terephthalate) blown films | |
| Rytlewski et al. | Electron-induced structural changes in flax fiber reinforced PLA/PCL composites, analyzed using the rule of mixtures | |
| Jubinville et al. | A comparative study of the physico-mechanical properties of material extrusion 3D-printed and injection molded wood-polymeric biocomposites | |
| Plouzeau et al. | Recyclability of poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate)(PHBH) for food packaging applications | |
| CN103102659A (zh) | 聚乳酸/聚氨酯共混物及其制备方法 | |
| Nekhamanurak | Property improvement of processed PLA/PBAT using chain extenders | |
| Lv et al. | Enhancing interfacial interaction and crystallization in polylactic acid-based biocomposites via synergistic effect of wood fiber and self-assembly nucleating agent | |
| Kim et al. | Effects of electron beam irradiation on the gel fraction, thermal and mechanical properties of poly (butylene succinate) crosslinked by multi-functional monomer | |
| Deetuam et al. | Improvements in morphology, mechanical and thermal properties of films produced by reactive blending of poly (lactic acid)/natural rubber latex with dicumyl peroxide | |
| KR102805788B1 (ko) | 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 의료용 부목 및 이의 제조 방법 |