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干货!PBAT一步法与两步法,哪种工艺更好?

普拉司网 2021-11-18 浏览 +订阅
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PBAT作为目前全世界产量最大、应用最广泛的全生物降解塑料,是怎么生产出来的?它的制备工艺有哪些,常用的是哪种?行业人士常说的一步法与两步法是怎么区分的,各自有什么优势?本文将对PBAT的生产工艺及各自优缺点进行详解。

     什么是PBAT?

     PBAT是一种脂肪族-芳香族共聚酯,全名为聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯,即英文Poly (butyleneadipate-co-terephthalate)的简写,即其化学结构式为:


     从化学结构式可知,PBAT是己二酸丁二醇酯(BA)和对苯二甲酸丁二醇酯(BT)的共聚物。兼具PBA(聚己二酸丁二醇酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性,既有较好的力学性能,又有较高的延展性和断裂伸长率,还具有优良的生物降解性。

     PBAT具有良好的成膜性,可在各种用途中替代传统高密度聚乙烯薄膜材料,如购物袋、保鲜膜、地膜等。

     PBAT可通过吹塑成型、挤出成型和注射成型进行加工,广泛应用于塑料薄膜、包装、片材及发泡材料的生产。

     PBAT制备工艺


从酯化的方式来说,PBAT的制备有三种酯化方式:共酯化、分酯化和串联酯化。制备流程图及主要工艺参数如下图1、图2、图3所示。

    


 市场上一般采用第1种和第2种,其中第2种酯化方法——分酯化较为主流,第三种酯化方法少见使用。但这三种酯化方法,并不是区分一步法和两步法的标准。


从酯化后的步骤来说,PBAT的制备又可分为一步法和两步法。
     

一步法:
     传统的五釜一步法,以意大利Novamont公司为代表,优点是相对简单,设备投入较低。
    

 两步法:
     两步法以德国巴斯夫为代表,与一步法的反应过程是一样的,区别在于缩聚的时间长短及后续是否通过扩链剂来提高分子量。一步法是直接缩聚成高分子量的PBAT,两步法则是先缩聚成低分子量的PBAT树脂,再加入扩链剂,最终制成高分子量的PBAT,因此两步法在缩聚步骤所需时间更短。

一步法VS两步法

相对于一步法,两步法的优势明显:
     

1、两步法制备的PBAT物理性能更好,抗老化性能明显增强
    

 2、一步法需要缩聚成分子量10万以上、熔指3-5的高分子量PBAT,需要反应较长的时间,通常需要6~7小时。
     而两步法只需缩聚成熔指60-80的低分子量PBAT,再用扩链剂提高分子量,而扩链剂反应时间较缩聚要短,通常只需要3~4小时。
     两步法的反应时间总体比一步法短,也因此同样大小的反应釜,两步法的产能要比一步法高。
    

 3、巴斯夫的两步法自带扩链剂,可以降低PBAT改性成本。这主要是因为,巴斯夫的扩链剂可以多次使用,且活性几乎不会损失,这一点与其他的一次性扩链剂不同。

两步法的缺陷:


     1、设备需要从国外进口,因此设备投入会比一步法要高一些。
     2、该方法受巴斯夫专利保护限制,且巴斯夫的PBAT技术在我国只授权给彤程新材,因此在我国现有的PBAT产能中,除蓝山屯河、金发科技、彤程新材、华峰集团以外,其他多数采用一步法。
     3、扩链过程中存在技术难点:扩链剂与PBAT的分散性问题不好解决,如果扩链剂分散不均匀,会出现部分PBAT熔指高,部分熔指低的情况。


来源:生物降解材料研究院


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