อุตสาหกรรมพลาสติกได้เห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญไปสู่แนวทางการแก้ปัญหาที่ยั่งยืนมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในจำนวนนี้ โพลี (บิวทิลีนอะดิเพต - โค - เทเรฟทาเลต) (PBAT) และกรดโพลีแลกติก (PLA) ได้กลายเป็นโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่มีศักยภาพ PBAT เป็นโคโพลีเอสเทอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านความยืดหยุ่นและความเหนียวสูง ในขณะที่ PLA เป็นโพลีเอสเตอร์เทอร์โมพลาสติกที่ได้มาจากทรัพยากรหมุนเวียน เช่น แป้งข้าวโพด ซึ่งมีความแข็งและสามารถแปรรูปได้ดี วัสดุที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งในขอบเขตของโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพคือแป้งข้าวโพด ซึ่งมีอยู่มากมาย ต้นทุนต่ำ และย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ ในฐานะซัพพลายเออร์ PBAT, PLA และแป้งข้าวโพดมืออาชีพ เรามักถูกถามเกี่ยวกับผลกระทบของการเติมแป้งข้าวโพดในส่วนผสมของ PBAT และ PLA โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อความเปราะบางของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ทำความเข้าใจธรรมชาติของ PBAT, PLA และแป้งข้าวโพด
PBAT มีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างอะลิฟาติก-อะโรมาติกสายยาว โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถยืดตัวได้ดีเยี่ยมเมื่อขาด ซึ่งหมายความว่าสามารถยืดได้มากก่อนที่จะขาด ในทางกลับกัน PLA มีโครงสร้างกึ่งผลึกที่มีแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่งเนื่องจากมีกลุ่มขั้วโลกเอสเทอร์ สิ่งนี้ทำให้ PLA มีความแข็งแรงและความแข็งค่อนข้างสูง แต่ยังทำให้เปราะอีกด้วย
แป้งข้าวโพดเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่ประกอบด้วยอะมิโลสและอะมิโลเพคติน มีโครงสร้างเป็นเม็ดละเอียดและสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเติมได้เมื่อเติมลงในเมทริกซ์โพลีเมอร์ หมู่ไฮดรอกซิลในแป้งข้าวโพดสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับหมู่คาร์บอนิลใน PBAT และ PLA ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของคอมโพสิต
กลไกการที่แป้งข้าวโพดส่งผลต่อความเปราะบางอย่างไร
เมื่อเติมแป้งข้าวโพดลงในส่วนผสม PBAT - PLA จะมีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อความเปราะบางของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ฟิลเลอร์เอฟเฟ็กต์
แป้งข้าวโพดทำหน้าที่เป็นตัวเติมในเมทริกซ์ PBAT - PLA ที่ปริมาณแป้งข้าวโพดในปริมาณต่ำ เม็ดจะกระจายตัวอยู่ในเมทริกซ์โพลีเมอร์ การมีอยู่ของอนุภาคแป้งแข็งเหล่านี้สามารถเพิ่มความแข็งของคอมโพสิตได้ เมื่อความแข็งเพิ่มขึ้น วัสดุจะมีความทนทานต่อการเสียรูปมากขึ้นภายใต้ภาระเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม หากความเครียดเกินขีดจำกัด อนุภาคแป้งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรวมความเครียดได้ หัววัดความเค้นคือจุดในวัสดุที่มีความเค้นสูงกว่าความเค้นเฉลี่ยในวัสดุ เมื่อความเค้นที่จุดเหล่านี้ถึงความแข็งแรงของวัสดุ รอยแตกร้าวอาจเกิดขึ้นได้ ส่งผลให้การยืดตัวที่จุดขาดลดลงและความเปราะเพิ่มขึ้น
ตัวอย่างเช่น ในการศึกษาโดย [ชื่อนักวิจัย] (ปี) พบว่าเมื่อโหลดแป้งข้าวโพดในส่วนผสม PBAT - PLA เพิ่มขึ้นจาก 5% เป็น 15% โมดูลัสของคอมโพสิตเพิ่มขึ้นประมาณ 20% ในเวลาเดียวกัน การยืดตัวเมื่อขาดลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งบอกถึงความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างใบหน้า
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแป้งข้าวโพดกับ PBAT/PLA มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อคุณสมบัติเชิงกลของคอมโพสิต ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น หมู่ไฮดรอกซิลในแป้งข้าวโพดสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับหมู่คาร์บอนิลใน PBAT และ PLA ได้ หากการยึดเหนี่ยวระหว่างพื้นผิวมีความแข็งแรง ก็สามารถช่วยถ่ายโอนความเครียดจากเมทริกซ์โพลีเมอร์ไปยังอนุภาคแป้งได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยรวมและอาจลดการเปราะได้
อย่างไรก็ตาม แป้งข้าวโพดเป็นแบบที่ชอบน้ำ ในขณะที่ PBAT และ PLA เป็นแบบไม่ชอบน้ำ ความแตกต่างของขั้วนี้สามารถนำไปสู่ความเข้ากันได้ไม่ดีระหว่างแป้งและโพลีเมอร์ เมื่อความเข้ากันได้ไม่ดี จะเกิดจุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอระหว่างอนุภาคแป้งและเมทริกซ์โพลีเมอร์ ภายใต้ความเครียด อนุภาคแป้งสามารถแยกตัวออกจากเมทริกซ์ได้ง่าย ทำให้เกิดช่องว่างและอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว เพื่อปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิวหน้า คุณสามารถเพิ่มตัวเข้ากันได้ได้ สารเข้ากันได้สามารถลดแรงตึงผิวระหว่างแป้งที่ชอบน้ำและโพลีเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำ ปรับปรุงการกระจายตัวของอนุภาคแป้ง และเพิ่มพันธะระหว่างผิว
ผลการทำให้เป็นพลาสติก
ที่ความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ โมเลกุลขนาดเล็กในแป้งข้าวโพด (เช่น อะมิโลส) สามารถทำหน้าที่เป็นพลาสติไซเซอร์ได้ในระดับหนึ่ง พลาสติไซเซอร์คือสารที่ถูกเติมลงในโพลีเมอร์เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น ความสามารถในการทำงาน หรือความสามารถในการขยายตัว สายโซ่อะมิโลสสามารถแทรกตัวเองระหว่างสายโซ่โพลีเมอร์ของ PBAT และ PLA ซึ่งจะช่วยลดแรงระหว่างโมเลกุลระหว่างสายโซ่โพลีเมอร์และเพิ่มปริมาตรอิสระ ส่งผลให้โซ่โพลีเมอร์มีความคล่องตัวเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้วัสดุเปราะน้อยลง
อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณแป้งข้าวโพดเพิ่มขึ้น ผลกระทบของการทำให้เป็นพลาสติกอาจถูกบดบังด้วยผลของสารตัวเติมและปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิวหน้าที่ไม่ดี ส่งผลให้ความเปราะบางโดยรวมเพิ่มขึ้น
ผลการทดลองเกี่ยวกับความเปราะบาง
นักวิจัยจำนวนมากได้ทำการทดลองเพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการเติมแป้งข้าวโพดและความเปราะบางของคอมโพสิต PBAT - PLA
โดยทั่วไป สังเกตได้ว่าเมื่อมีแป้งข้าวโพดในปริมาณเล็กน้อย (โดยปกติจะน้อยกว่า 10% ของน้ำหนัก) ความเปราะของคอมโพสิต PBAT - PLA อาจไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ หรือในบางกรณีอาจลดลงเล็กน้อยด้วยซ้ำเนื่องจากผลของการทำให้เป็นพลาสติก ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการใช้งานที่ต้องการความสมดุลระหว่างความแข็งและความยืดหยุ่น
เนื่องจากปริมาณแป้งข้าวโพดเกิน 10% ความเปราะของคอมโพสิตมักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะผลรวมของเอฟเฟกต์ฟิลเลอร์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิวหน้าที่ไม่ดี ตัวอย่างเช่น คอมโพสิตที่มีแป้งข้าวโพด 20% อาจแสดงการยืดตัวที่ต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับส่วนผสม PBAT - PLA บริสุทธิ์ และอาจแตกได้ง่ายกว่าภายใต้การโค้งงอหรือแรงกระแทก
การใช้งานและข้อควรพิจารณา
การเติมแป้งข้าวโพดลงใน PBAT - PLA มีผลกระทบต่อการใช้งานต่างๆ
ในการใช้งานบรรจุภัณฑ์ ความเปราะบางของวัสดุถือเป็นการพิจารณาที่สำคัญ หากวัสดุเปราะเกินไป อาจแตกร้าวระหว่างการจัดการ การขนส่ง หรือการเก็บรักษา ซึ่งอาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของบรรจุภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม หากมีการควบคุมปริมาณแป้งข้าวโพดอย่างระมัดระวัง คอมโพสิตดังกล่าวยังคงสามารถนำมาใช้ในงานบรรจุภัณฑ์ได้ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนกว่าพลาสติกแบบดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น บรรจุภัณฑ์ที่เติมแป้งข้าวโพดจำนวนเล็กน้อยลงในส่วนผสม PBAT - PLA อาจมีความแข็งเพียงพอที่จะยึดผลิตภัณฑ์ไว้อย่างปลอดภัย ในขณะที่ยังสามารถทนต่อแรงกระแทกเล็กน้อยได้
ในด้านการพิมพ์ 3 มิติ ความเปราะของวัสดุเส้นใยจะส่งผลต่อความสามารถในการพิมพ์และคุณภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์ หากวัสดุเปราะเกินไป ชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาอาจแตกหักง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีรูปทรงที่ซับซ้อนหรือคุณสมบัติที่ละเอียดอ่อน ด้วยการปรับปริมาณแป้งข้าวโพด เราสามารถปรับคุณสมบัติเชิงกลของเส้นใยการพิมพ์ 3 มิติให้เหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานการพิมพ์ที่แตกต่างกัน
คำแนะนำสำหรับการใช้แป้งข้าวโพดอย่างเหมาะสมที่สุดในส่วนผสม PBAT - PLA
จากปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้นและผลการทดลอง ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำบางประการสำหรับการใช้แป้งข้าวโพดในส่วนผสม PBAT - PLA เพื่อควบคุมความเปราะบาง:
- ควบคุมเนื้อหา: รักษาปริมาณแป้งข้าวโพดให้ต่ำกว่า 10% หากคุณต้องการลดการเพิ่มความเปราะให้เหลือน้อยที่สุด หากจำเป็นต้องมีปริมาณแป้งที่สูงขึ้นเพื่อลดต้นทุนหรือเหตุผลอื่นๆ ให้ใช้สารเข้ากันได้เพื่อปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิว
- ใช้ตัวเข้ากันได้: สามารถเติมสารเข้ากันได้ เช่น มาลิกแอนไฮไดรด์ - กราฟต์โพลีเมอร์ เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างแป้งข้าวโพดกับ PBAT/PLA ซึ่งจะช่วยลดความเข้มข้นของความเค้นที่ส่วนต่อประสาน และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยรวมของคอมโพสิต
- เงื่อนไขการประมวลผล: ปรับสภาวะการประมวลผลให้เหมาะสม เช่น อุณหภูมิในการผสม อัตราแรงเฉือน และเวลาในการผสม การประมวลผลที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของอนุภาคแป้งข้าวโพดในเมทริกซ์โพลีเมอร์ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการลดความเปราะบาง
ติดต่อขอซื้อ
ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของ PBAT, PLA และแป้งข้าวโพด เรานำเสนอวัตถุดิบคุณภาพสูงสำหรับการใช้งานโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของคุณ สินค้าของเราเช่นPLA PBS วัตถุดิบที่ย่อยสลายได้-พีแบท ปลา, และวัสดุปลาได้รับการคัดสรรและประมวลผลอย่างพิถีพิถันเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้ผลิตภัณฑ์ของเราเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของคอมโพสิตที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของคุณ หรือหากคุณพร้อมที่จะเริ่มการเจรจาจัดซื้อ โปรดติดต่อเรา เรามุ่งมั่นที่จะมอบโซลูชั่นและบริการที่ดีที่สุดให้กับคุณเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณ
อ้างอิง
- ชื่อผู้วิจัย. (ปี). "ผลของการเติมแป้งข้าวโพดต่อคุณสมบัติทางกลของคอมโพสิต PBAT - PLA" วารสารวิทยาศาสตร์โพลีเมอร์, X(XX), XX - XX.
- ชื่อนักวิจัยอีกคน (อีกปี). "การปรับเปลี่ยนผิวหน้าของแป้งข้าวโพด - เติม PBAT - ส่วนผสม PLA" วิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์โพลีเมอร์ มี (ปปป) ปป - ปป