生物降解

日益严重的塑料废物问题提高了人们对生物降解聚合物的兴趣。毕竟，作为报废方案之一的生物降解能够为塑料的循环经济做出巨大的贡献。

欧洲生物塑料协会（European Bioplastics）预计，此类聚合物——尤其是生物降解聚酯的全球产能将在未来几年内显著扩增。遗憾的是，生物降解聚酯的潜在应用仍然有限，主要的原因是其性能特征没能达到传统热塑性塑料的性能水平，而这正是混配料制造商、塑料加工商和最终用户所期望的。此外，它们很难加工。改性的任务就是抵消这两个缺点。

添加剂Vinnex 2525提高了PLA的熔体强度，有助于获得稳定的吹塑薄膜挤出工艺和一致的薄膜厚度 ©瓦克

基于聚醋酸乙烯酯的聚合物有机添加剂，在生物降解聚酯改性方面具有良好的成功经验。瓦克（Wacker）公司旗下的Vinnex品牌销售这些产品，它们的极性针对生物降解聚酯进行了精确调整。由此产生的兼容性使其极为高效。Genioplast Pellet在塑料行业也广为人知，它是瓦克化学集团旗下一种通用的有机硅添加剂，可用于热塑性塑料改性。作为加工助剂，它们通过减少摩擦来提高聚合物的成品性能。

PLA和PBS生物降解聚酯测试

瓦克公司的应用工程师对两种添加剂系统组合如何影响生物降解聚酯的加工性能和材料特性进行了研究。研究重点在于聚乳酸（PLA）和用滑石粉填充的聚丁二酸丁二醇酯（PBS），因为它们有助于了解添加剂对填充和未填充聚合物系统的影响。

两种被用作聚合物基材的聚酯的标准商业牌号分别是Nature Works公司的Ingeo Biopolymer 4043 D（PLA）和PTT MCC Biochem公司的BioPBS FZ91 PM（PBS）。两者都是由可再生原料制成的半结晶聚酯，并已经过优化被用于塑料薄膜生产。众所周知，PLA是一种高强度的刚性材料，性脆易碎，并且热稳定性差。其高熔体粘度和低熔体强度也为熔体加工带来了困难。它还存在结晶速度慢的问题，而后结晶通常是PLA制品变得越来越脆的原因。

相较之下，PBS的机械性能更接近聚烯烃。与PLA不同的是，它是一种具有高拉伸强度的柔韧材料。此外，因为PBS的结晶度较高，其耐热性也很高。但是，由于其结晶速度慢，它也具有后结晶的特点。

用于研究的四种添加剂

用于研究的四种添加剂分别是Vinnex 2504、Vinnex 2525、Genioplast Pellet S和Genioplast Pellet P Plus。

Vinnex 2504是一种乙酸乙烯酯-聚乙烯共聚物，它是Vinnex粉状产品的代表。它主要被改性厂商用于将软链段掺入聚合物基材。

Vinnex 2525是一种粒状树脂型的聚乙酸乙烯酯均聚物。当被用作加工助剂时，它可以改善流动性、增加熔体强度并减少半结晶聚酯的后结晶。

Genioplast Pellet P plus经批准可用于食品接触。Genioplast Pellet S则主要用于技术应用领域（和Genioplast Pellet P plus的性能没有显著差异。因此，下文将不再对其作进一步区分）

筛选研究使用的生物聚酯通过克劳斯玛菲（KraussMaffei）公司生产的Berstorff ZE-25双螺杆挤出机进行混配。这些混配物随后被制成粒状并加工成试样——注塑成型测试板、流动螺旋板、吹塑薄膜和压塑板，然后根据行业标准进行测试和评估。无添加的生物降解聚酯被用作参考。它们的加工方式与其他产品相同。改性混配物通过将单独的Vinnex或Vinnex和Genioplast Pellet组合掺入聚酯进行生产。基于PLA的改性材料通常未填充，而基于PBS的改性材料通常含有15%的滑石粉。

有机硅添加剂用于降低电力成本

在填充PBS的改性过程中，添加能够降低摩擦的有机硅颗粒可降低混配物生产过程中对挤出机的扭矩要求并最终降低能耗。我们看到的影响可能很小，但它们在大型生产线中可以产生可观的成本节约。

熔融混配物的流动特性按照ISO 1133规定的熔体体积流动速率和螺旋流动试验进行了测试。螺旋流动试验显示，添加剂系统的组合使流动路径更长。添加剂组合通常会导致熔体体积流动速率显著增加，与Vinnex 2504的组合对熔体流动尤为有利（图1）。

可生物降解聚酯出色的表面光洁度

与Vinnex一起使用时，Genioplast Pellet的主要作用是影响材料特性。它会对塑料的表面光洁度产生极大的影响。聚酯的表面粗糙度并不能只靠Vinnex来提高，它还需要添加Genioplast来减少摩擦的影响。因此，PLA和滑石粉填充PBS的滑动摩擦系数都可以达到0.3以下，这也是塑料加工商在众多应用中提出的要求。PLA的这一要求可以通过Vinnex 2504和Genioplast Pellet组合来实现。填充PBS则可以通过Vinnex 2525和Genioplast混配物来实现。

表面摩擦的减少使生物聚酯具有更强的耐刮擦性和耐磨性。这一点通过Crockmeter测试的耐磨性视觉评估以及符合DIN 53754磨盘法标准的磨损重量法测定得到了证实。通过用划痕硬度测试仪（型号：530 P-I；制造商：Erichsen）对光滑的注塑成型试板上产生的划痕进行共聚焦显微镜检查，减摩擦的效果尤为明显：含Genioplast Pellet产品的划痕更浅，划痕曲线更平坦，划痕内部表面更不粗糙。这种效果在添加剂使用率为2%时特别明显（图2）。

纵向和横向的改进

针对机械性能的研究结果喜忧参半。两种添加剂组合改善了许多产品的性能，但并非所有。其效果取决于所使用的Vinnex牌号并随聚酯基质的变化而变化。例如：两种添加剂组合能够提升滑石粉填充PBS的断裂伸长率，但几乎无法改变未填充PLA的性能。

正如预期的那样，Vinnex 2504被用作PLA的抗冲击改性剂，而Vinnex 2525并没有。Vinnex 2504和Genioplast Pellet组合提高了PLA吹膜在纵向和横向上的撕裂强度。与Vinnex 2525组合使用则显著改善了薄膜横向的性能（图3）。薄膜的撕裂强度通过Graves角测试（DIN 53515）进行了测定。其机械性能得到了改善，并且耐热性没有受到任何影响。这一点通过ISO 306（方法A和方法B）维卡软化点测定（图4）进行了证实。

结语

研究表明，Vinnex和Genioplast Pellet具有互补的效果，并且组合使用时能够比单独使用产生更大的作用。通过添加剂组合，生物降解聚酯的加工性能和材料特性都得到了大幅提升。这种组合对吹塑薄膜的生产也极为有利。在这一过程中，Vinnex有助于提高流动性和熔体强度，而Genioplast Pellet则通过降低表面摩擦来提高牵引和卷绕速度。

一般来说，Vinnex在添加剂组合中的作用主要是影响聚合物熔体的行为并最终提高加工性能，Vinnex牌号的选择在许多情况下会对最终效果产生重大影响。与Vinnex一起使用时，Genioplast Pellet的作用主要是改变材料特性。它能够增强生物降解聚酯的表面性能而无需在表面涂覆液体润滑膜。一般来说，这种添加剂对填充聚合物体系的影响比对未填充聚合物体系的影响更大。

这两种添加剂系统的组合有助于解锁更多生物降解聚酯的应用。这一组合大大减少了它们与传统的热塑性材料相关的加工和性能劣势，而正是这些劣势限制了生物降解聚酯的使用。正常使用情况下，这两种添加剂不会对PBS、PLA和热塑性淀粉等材料以及生物降解聚合物组合的可降解性产生任何影响。