PBAT (abreviatura de tereftalato de adipato de polibutileno) es un copolímero aleatorio biodegradable , específicamente un copoliéster de ácido adípico , 1,4-butanodiol y ácido tereftálico (de dimetil tereftalato ). PBAT es producido por muchos fabricantes diferentes y puede ser conocido por las marcas ecoflex , Wango, Ecoworld , Eastar Bio y Origo-Bi . También se le llama poli (adipato-co-tereftalato de butileno) ya veces polibutirato-adipato-tereftalato [1] (un nombre inapropiado) o incluso simplemente "polibutirato". [2] Generalmente se comercializa como una alternativa totalmente biodegradable al polietileno de baja densidad , que tiene muchas propiedades similares, incluida la flexibilidad y la resistencia, lo que permite su uso para muchos usos similares, como bolsas de plástico y envoltorios. [3] La estructura del polímero PBAT se muestra a la derecha. Aquí se representa como un copolímero de bloque debido al método sintético común de sintetizar primero dos bloques de copolímero y luego combinarlos. Sin embargo, es importante señalar que la estructura real del polímero es un copolímero aleatorio de los bloques mostrados.
Historia
La producción de plásticos para su uso en el sector industrial en todo el mundo constituye un mercado muy grande. El PET ( tereftalato de polietileno ) es uno de los plásticos dominantes en este mercado. Se usa comúnmente para botellas porque hace un recipiente rígido que es muy liviano. Sin embargo, debido a la estabilidad del PET, también es muy resistente a la biodegradación, lo que plantea un importante problema medioambiental debido a la cantidad de PET que se produce, vende, utiliza y desecha a diario. Se estima que el 30% de la producción mundial de PET se destina a la fabricación de estas botellas de plástico y solo se recicla del 15% al 35%; el resto suele acabar en un vertedero. [4] Esto ha estimulado la investigación de polímeros que funcionan de manera comparable al PET, pero que son biodegradables . [5]
Como ocurre con todos los desarrollos en el ámbito de los materiales, existen varios requisitos para el material "ideal". En el caso de los plásticos biodegradables, serían: baratos, renovables, fáciles de producir y ecológicos. Además de estos, el polímero debe ser lo suficientemente resistente para ser funcional, como manejar la tensión de ser sometido a presión, y flexible para que sea fácil de moldear. No hay polímeros que proporcionen perfectamente todas estas características. Por lo tanto, los investigadores han centrado su atención en los copolímeros : combinaciones de polímeros que tienen propiedades químicas y mecánicas que se complementan entre sí. Esto llevó a identificar poli (adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT) como un copolímero potencial para la mezcla.
PBAT es un copolímero aleatorio conocido por ser flexible y resistente. Esto lo hace ideal para combinar con otros polímeros biodegradables que tienen un alto módulo de elasticidad y resistencia, pero que son muy frágiles . [6] Esto permite la producción de copolímeros mezclados que pueden reemplazar los plásticos estándar de la industria con plásticos biodegradables y ambientalmente seguros que desaparecerán sin causar daños en un corto período de tiempo.
La razón más importante para utilizar PBAT como complemento flexible de otros polímeros es que preservará la biodegradabilidad; siempre que ambos copolímeros puedan degradarse, el copolímero mezclado también se degradará.
Propiedades
El PBAT se clasifica como un copolímero aleatorio debido a su estructura aleatoria. Esto también significa que no puede cristalizar en un grado significativo debido a la ausencia de ningún tipo de orden estructural. Esto conduce a varias propiedades físicas: amplio punto de fusión, bajo módulo de elasticidad y rigidez, pero alta flexibilidad y tenacidad. La flexibilidad y dureza de este polímero lo hace ideal para mezclar con otro polímero biodegradable que sea fuerte y rígido para la producción de botellas. [5]
El inconveniente de este polímero es que si tiene una gran flexibilidad y tenacidad, entonces no será fuerte ni rígido. Esto lo hace no ideal para cualquier situación en la que se desee un recipiente rígido y resistente. Un ejemplo de esto serían las barreras transparentes, como las de plexiglás ( poli (metacrilato de metilo) ), un sustituto del vidrio transparente. [5]
PBAT es completamente biodegradable cuando se composta debido a la presencia de grupos adipato de butileno. La alta estabilidad y propiedades mecánicas provienen de las porciones de tereftalato. [5]
El número de registro CAS de PBAT es 60961-73-1. [7]
Preparación
El PBAT se sintetiza a partir del polímero de 1,4-butanodiol y ácido adípico y el polímero de tereftalato de dimetilo (DMT) con 1,4-butanodiol.
El ácido adípico y el 1,4-butanodiol se polimerizan para crear su poliéster (más agua). También se hacen reaccionar DMT y 1,4-butanodiol para formar su poliéster (más metanol ). A continuación, este poliéster se añade al poliéster de ácido butileno adípico utilizando tetrabutoxititanio (TBOT) como catalizador de transesterificación ; una sobreabundancia de 1,4-butanodiol influye en la longitud de las cadenas. El resultado es un copolímero de los dos polímeros previamente preparados.
Este es un copolímero aleatorio, porque no hay control sobre la dispersión de las longitudes de la cadena del polímero o la estructuración de bloques en las reacciones de copolimerización; las posiciones de repetición no están controladas. Si A = poliéster de ácido adípico y B = poliéster de DMT, cada uno con 1,4-butanodiol, entonces la estructura de la cadena podría verse como cualquiera de estos: AABABBABA o ABABAAAABB o ABABABBBBA; no hay selectividad para que A y B reaccionen consigo mismos o entre sí. [8]
Fuentes comerciales
PBAT es producido comercialmente por BASF bajo la marca registrada ecoflex [3] y en una mezcla con poli (ácido láctico) llamado ecovio , [9] por Novamont como Origo-Bi y en una mezcla con almidón llamado Mater-Bi , [10] por Zhuhai Wango Chemical Co Ltd bajo el nombre Wango , por JinHui Zhaolong como Ecoworld y en una mezcla con almidón llamada Ecowill , y por Eastman Chemical como Eastar Bio . [11] Además, los proveedores de China y otras naciones ahora producen PBAT. Estas empresas incluyen Dongguan Xinhai Environmental Protection Material Co., Ltd., [12] Hangzhou Ruijiang Chemical Co., Ltd., [13] y Jiangsu Torise Biomaterials Co., Ltd. [14] en China, así como Green Chemical Co. , Ltd. [15] y WILLEAP [16] en Corea del Sur.
Usos actuales y futuros
El PBAT se comercializa como un plástico totalmente biodegradable , y el ecoflex de BASF muestra una degradación del 90% después de 80 días de pruebas. [17] Las aplicaciones particulares que destacan los fabricantes incluyen envoltorios adhesivos para envasado de alimentos, bolsas de plástico compostables para jardinería y uso agrícola y como revestimientos resistentes al agua para otros materiales, como en vasos de papel . [18] Debido a su alta flexibilidad y naturaleza biodegradable, el PBAT también se comercializa como un aditivo para plásticos biodegradables más rígidos para impartir flexibilidad mientras se mantiene la biodegradabilidad total de la mezcla final.
El PBAT ya se comercializa y se utiliza ampliamente para todas las aplicaciones anteriores, pero también se está investigando como componente en películas antimicrobianas. En tales películas, PBAT sirve como la mayor parte de la película y el agente antimicrobiano se incorpora durante el procesamiento. Las películas antimicrobianas se utilizarían en el envasado de alimentos para inhibir el crecimiento bacteriano, ayudando a conservar los productos alimenticios de forma segura. [19]
Referencias
- ^ Jacqueline Stagner (noviembre de 2015). "Generación de metano a partir de la digestión anaeróbica de plásticos biodegradables - una revisión". Revista Internacional de Estudios Ambientales . 73 (3): 462–468. doi : 10.1080 / 00207233.2015.1108607 . S2CID 101024423 .
- ^ Jaime Francisco Gómez-Gómez; et al. (2016). "Scrap denim-PP composites como material para el diseño de nuevos productos" . FDP'16 - Sistemas y diseño: más allá de los procesos y el pensamiento . doi : 10.4995 / IFDP.2016.3360 . ISBN 9788490484401.
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- ^ a b c d Shahlari, Mahin (noviembre de 2008). "Nanocompuestos de polímero / arcilla biodegradables a base de poli (adipato de butileno-co-tereftalato) y poli (ácido láctico)". mospace.umsystem.edu . Instituto Americano de Ingenieros Químicos. hdl : 10355/32635 .
- ^ Jiang, Long; Wolcott, Zhang (26 de octubre de 2005). "Estudio de mezclas biodegradables de polilactida / poli (adipato de butileno-co-tereftalato)". Biomacromoléculas . 7 (1): 199–207. doi : 10.1021 / bm050581q . PMID 16398516 .
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- ^ Peng, Zhao; Liu, Wanqiang; Wu, Qingsheng; Ren, Jie (27 de noviembre de 2009). "Preparación, propiedades mecánicas y térmicas de mezclas de poliésteres / poli (ácido láctico) biodegradables" . Nanomateriales . 2010 (2010): 8 . Consultado el 10 de febrero de 2014 .
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- ^ Luis Bastarrachea; Sumeet Dhawan; Shyam S. Sablani; Jae-Hyun Mah; Dong-Hyun Kang; Jinwen Zhang; Juming Tang (2010). "Películas biodegradables de poli (adipato-co-tereftalato de butileno) incorporadas con nisina: caracterización y efectividad contra Listeria innocua" (PDF) . Revista de ciencia de los alimentos . 75 (4): E215 – E224. doi : 10.1111 / j.1750-3841.2010.01591.x . PMID 20546402 . Consultado el 14 de febrero de 2014 .