Avec quels polymères dégradables peut-on mélanger le PBAT ?

Le polybutylène téréphtalate (PBAT) est un nouveau type de copolyester aliphatique-aromatique entièrement biodégradable, dont les segments de chaîne combinent la flexibilité des hydrocarbures aliphatiques à longue chaîne et la rigidité des cycles aromatiques, lui conférant ainsi une excellente flexibilité. De ce fait, le PBAT est devenu l'un des matériaux dégradables les plus actifs dans la recherche sur les plastiques biodégradables et bénéficie d'un fort potentiel commercial. Cependant, la présence de segments de chaîne aromatiques PBT dans la chaîne moléculaire induit une vitesse de dégradation relativement lente. Sa faible cristallinité et sa viscosité élevée le rendent également très sensible à l'adhérence. De plus, ce matériau est relativement coûteux, ce qui limite son développement commercial et ses applications. Par conséquent, afin de réduire les coûts et d'obtenir des plastiques dégradables performants, la modification du PBAT doit être étudiée. Le mélange de PBAT avec des polymères biodégradables est une méthode de modification éprouvée, permettant d'améliorer d'autres propriétés sans affecter sa dégradabilité. Certains polymères biodégradables peuvent même accélérer la dégradation du PBAT.

-PBAT mélangé à du PLA-

L'acide polylactique (PLA), l'un des matériaux biodégradables les plus étudiés et les plus commercialisés, possède d'excellentes propriétés de brillance et de barrière, mais présente l'inconvénient d'être dur et peu résistant, manquant de flexibilité et d'élasticité. Par conséquent, le mélange de PBAT à haute ténacité avec du PLA permet non seulement d'améliorer la ténacité du PLA, mais aussi d'accélérer la vitesse de décomposition du PBAT.

Il a été constaté que l'ajout de PLA améliore considérablement la résistance à la traction du mélange sans affecter les propriétés cristallines du PBAT ; et que l'augmentation de la viscosité à l'état fondu améliore la stabilité des films de PBAT pendant la transformation et le formage.

Le PBAT et le PLA étant des systèmes incompatibles, les recherches actuelles se concentrent sur l'amélioration de leur compatibilité, afin d'obtenir des mélanges aux propriétés mécaniques optimisées. Par exemple, l'incorporation de méthacrylate de glycidyle (GMA) à une fraction massique de 3 % à 5 % permet d'accroître la résistance aux chocs des mélanges PLA/PBAT de 26.5 % à 51.7 %, tout en améliorant la dispersion du PBAT dans le PLA. De plus, l'ajout d'un agent d'allongement de chaîne réduit significativement la tension interfaciale, ce qui améliore considérablement la ductilité des films PBAT/PLA. Enfin, l'ajout d'un plastifiant et d'un condensateur multifonctionnel confère aux mélanges PBAT/PLA une bonne capacité et un effet plastifiant, tout en améliorant leurs propriétés de mise en œuvre.

-PBAT mélangé à du PPC-

Le carbonate de polypropylène (PPC) est unplastique respectueux de l'environnementCe matériau est obtenu par copolymérisation alternée de dioxyde de carbone issu de déchets industriels et d'oxyde de propylène. Il présente une bonne biodégradabilité et une excellente imperméabilité. Cependant, étant amorphe, sa température de transition vitreuse n'est que de 30 à 40 °C. De plus, il souffre d'une faible ténacité à basse température, d'une faible stabilité dimensionnelle à haute température et de difficultés de formation de films. L'incorporation de PPC dans le PBAT améliore non seulement la mise en œuvre du PPC, mais confère également au PBAT des performances globales supérieures. Le matériau composite ainsi obtenu présente un fort potentiel de développement dans les domaines de l'emballage alimentaire jetable, des dispositifs médicaux, etc.

Comme la fraction de PPC est amorphe dans le système mélangé, la taille des microcristaux du film composite PBAT/PPC est réduite. L'incorporation de PPC améliore considérablement la résistance à la traction et les propriétés de barrière aux gaz du film composite, tout en assurant la biodégradabilité de la matrice. De plus, la présence de PPC et de PBAT améliore efficacement la stabilité thermique, la cristallinité et les propriétés mécaniques des mélanges. Avec seulement 10 % de PPC en masse, la température de cristallisation des mélanges passe de 37.5 °C à 66.8 °C, ce qui facilite le procédé de fabrication par soufflage.

Le PBAT étant un polymère cristallin à longue chaîne moléculaire polaire, il présente des problèmes de compatibilité avec le PPC. L'ajout de triisocyanate de triphénylméthane comme agent d'allongement de chaîne a permis d'accroître significativement la résistance à la traction et à la déchirure du film PBAT/PPC, tant dans le sens longitudinal que transversal. L'ajout de stéarate de monoglycéride comme agent d'ouverture a également amélioré la stabilité du film lors de l'extrusion. De plus, l'ajout d'acrylate de méthyle d'éthylène – méthacrylate de glycidyle (EMA-GMA) comme agent de charge au mélange PPC/PBAT améliore non seulement la stabilité et la qualité du film extrudé, mais aussi ses propriétés mécaniques, son imperméabilité à l'oxygène et sa protection contre les UV.

-PBAT mélangé à PBS-

Le polybutylène succinate (PBS) présente les meilleures performances de transformation parmi les plastiques biodégradables existants, avec d'excellentes propriétés mécaniques. Cependant, sa faible viscosité entraîne une faible résistance à l'état fondu, ce qui le rend difficile à transformer par soufflage ou moulage, et confère aux produits une certaine fragilité. Par conséquent, l'utilisation de mélanges modifiés de PBAT et de PBS permet de combiner les avantages des deux matériaux pour pallier ces défauts. Les produits obtenus peuvent ainsi être utilisés dans l'emballage, la vaisselle, les films agricoles, les biomatériaux et d'autres domaines.

En général, la teneur en PBS dans les mélanges PBAT/PBS ne doit pas être trop élevée ; environ 25 % est une valeur appropriée. Il a été constaté que les mélanges PBAT/PBS présentent un module de traction et un allongement à la rupture élevés lorsque la fraction massique de PBS est de 25 %. Au-delà d’une certaine teneur en PBS, les produits deviennent très fragiles.

-PBAT mélangé avec PHBV-

Le poly(pentyl hydroxybutyrate) (PHBV) est un biomatériau issu de matières premières naturelles renouvelables, synthétisé par fermentation à partir de sources de carbone et d'énergie stockées dans des micro-organismes. Il présente une bonne biodégradabilité et une bonne biocompatibilité ; cependant, il souffre également de limitations telles qu'une faible stabilité thermique et de mauvaises propriétés de cristallisation. Par conséquent, son mélange avec du PBAT permet d'améliorer les propriétés cristallines du PHBV et d'optimiser sa mise en œuvre et ses applications.

Le mélange de PHBV et de PBAT présente une meilleure aptitude au traitement et de meilleures propriétés de film ; et les propriétés mécaniques du film sont conformes à celles des films d'emballage alimentaire commerciaux, avec des déformations allant jusqu'à 750 % à la rupture.

-PBAT mélangé à du PGA-

L'acide polyglycolique (PGA) possède une structure moléculaire et des caractéristiques de performance similaires à celles du PLA, mais il présente de meilleures propriétés de dégradation et de barrière. De plus, son coût est faible et il offre une résistance à la traction et une température de fléchissement sous charge élevées. Par conséquent, le choix du PGA pour la modification des mélanges de PBAT présente un fort potentiel d'application dans le domaine des produits jetables tels que la vaisselle résistante à la chaleur, les sacs en film biodégradable et les emballages barrière.

Il a été constaté que les composites PBAT/PGA avec une fraction massique de PGA de 20 % présentent une résistance à la traction de 25 MPa et un allongement à la rupture supérieur à 600 %, ce qui permet de les utiliser pour la fabrication de films. Les composites PBAT/PGA avec une fraction massique de PGA de 80 % présentent une température de fléchissement sous charge de 120 °C tout en améliorant leur ténacité, ce qui permet de les utiliser pour la fabrication de vaisselle jetable. Par ailleurs, l'ajout de PGA améliore significativement les propriétés de barrière à la vapeur d'eau des films composites PBAT/PGA.

À l'instar du PLA, la compatibilité entre le PGA et le PBAT est faible ; il est donc nécessaire de sélectionner des agents de compatibilisation appropriés afin d'améliorer la dispersion du système. Par exemple, le 4,4′-ylidènebis(isocyanatophényl) (MDI) peut être utilisé pour la capacitation in situ des composites PBAT/PGA. La réaction réussie avec le MDI a permis d'accroître significativement l'adhérence interfaciale des mélanges et leur résistance aux chocs, passant de 9.0 kJ/m² à 22.2 kJ/m². Elle a également induit une réduction de la cristallinité et de la taille des cristaux sphériques, contribuant ainsi à l'amélioration de la ténacité et de la stabilité thermique des composites.

-PBAT mélangé à du PVB-

Le butyral de polyvinyle (PVB) est issu de la condensation, catalysée par un acide, de l'alcool polyvinylique et du n-butyraldéhyde, avec une certaine quantité de plastifiant provenant de ses déchets de recyclage. Grâce à sa structure moléculaire, le PVB présente une combinaison de haute résistance à la traction, de résistance aux chocs, de transparence élevée, de flexibilité et de biodégradabilité. Matériau issu du recyclage des déchets de production, le PVB est disponible en grandes quantités et à bas prix, ce qui confère à son utilisation comme matériau modifié de grands avantages pour le développement. La faible concentration de PVB augmente la température de cristallisation du PBAT ; la compatibilité et les propriétés mécaniques du PBAT/PVB sont améliorées par l'action combinée de l'ionomère capacitif et du PVB.