Development of thermoplastic elastomer derived from Poly(butylene adipate-co-terephthalate)(PBAT)

Abstract

Thermoplastic elastomer (TPE) are popular in many industries. It has flexible properties like to rubber at room temperature and can melted like thermoplastic at high temperature. EPDM/PP forms phase inversion blending process, but this is not compostable. In this research, the aim is to develop TPE by phase inversion blending process from polybutylene adipate co terephthalate (PBAT) with poly(butylene succinate-co-adipate (PBSA), which are a compostable plastic and by crosslinking the PBAT phase. It was found that adding 1 phr of ECE to PBSA caused the torque to be similar to that of neat PBSA. But in the PBAT system, found that the torque increased. From the morphology, PBAT phase was the matrix phase and had PBSA droplets dispersed phase. This indicates that the addition of ECE 1 phr done was unable to invert phase. And the viscosity of PBAT was not high enough. Therefore, maleic anhydride was grafted together with DCP and TAIC on PBAT chain in the 1st step and crosslinked PBAT-g-MA with ECE in the 2nd step because PBAT-g-MA has anhydride groups that can react with epoxide groups leading to higher crosslinking. From the morphology, It was found that the PBAT inversion phase changed to dispersed and the PBSA inversion phase to matrix and %recovery increased to 77.6% for MMA0.2_80_PBSA20_ECE1. In pilot scale process, we deceased of TAIC from 0.3 phr to 0.1 phr. It was found that the %recovery was decreased to 57.4%. This may be done to crosslink degree and the gel content also decreased from 67.8% to 52.7% when compared MMA0.2(0.1)_80_PBSA20_ECE1(lab) and MMA0.2_80_PBSA20_ECE1(Pilot) respectively.

เทอร์โมพลาสติกอิลาสโตเมอร์ (TPE) นิยมนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากมีสมบัติที่ยืดหยุ่นคล้ายกับยางที่อุณหภูมิห้อง และสามารถหลอมและไหลได้เหมือนเทอร์โมพลาสติกที่อุณหภูมิสูง ทำให้สามารถนํามาหลอมใช้ใหม่ได้ โดยใช้กระบวนการเบลนด์แบบกลับเฟส (phase inversion process) แต่ TPE เหล่านี้ไม่สามารถสลายตัวได้ทางชีวภาพ งานวิจัยนี้จึงได้พัฒนา TPE ที่ได้จากกระบวนการเบลนด์กลับเฟส จากพอลิบิวทิลีนอะดิเพท-โค-เทอเรฟทาเลท (PBAT) ร่วมกับพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต-โค-อะดิเพท (PBSA) ซึ่งเป็นพลาสติกที่สลายตัวได้ทางชีวภาพ โดยการเชื่อมขวางเฟสของ PBAT ในขณะผสม และเพื่อศึกษาชนิดและปริมาณรีแอคทีฟที่มีผลต่อลักษณะสัณฐานวิทยาและสมบัติเชิงกล พบว่าการเติมรีแอคทีฟชนิด multifunctional chain extender (ECE) 1 phr ลงใน PBSA ทำให้ค่าแรงบิดมีค่าใกล้เคียงกับ neat PBSA แต่ในระบบของ PBAT พบว่าค่าแรงบิดมีค่าเพิ่มมากขึ้น จึงศึกษา PBAT/PBSA base blend ในอัตราส่วน 80/20 และเติม ECE ในปริมาณ 1 phr จากลักษณะสัณฐานวิทยาพบว่าเฟสของ PBAT มีลักษณะเป็นเฟสหลักและมี droplet ของ PBSA กระจายตัวอยู่ทั่ว ซึ่งบ่งชี้ให้เห็นว่าการเติมเพียง ECE 1 phr ไม่สามารถเชื่อมขวาง และเพิ่มความหนืด PBAT ได้มากพอต่อการกลับเฟส จึงได้ทำการกราฟท์ maleic anhydride (MA) ร่วมกับ DCP และ TAIC บนสายโซ่ PBAT ในขั้นตอนที่ 1 เพื่อให้เกิดเชื่อมขวาง PBAT-g-MA กับ ECE ในขั้นตอนที่ 2 เนื่องจาก PBAT-g-MA มี anhydride group ที่สามารถเข้าทำปฏิกิริยากับ epoxy group ได้ ทำให้เกิดการเชื่อมขวางได้เพิ่มมากขึ้น จากลักษณะสัณฐานวิทยาพบว่าเฟสของ PBAT เกิดการกระจายตัว เนื่องจากเมื่อเฟส PBAT เกิดการเชื่อมขวางและความหนืดเพิ่มมากขึ้น เมื่อได้รับแรงเฉือนจึงขาดออกจากกันเป็นเฟสกระจายตัว และเฟสของ PBSA เข้ามาแทรกกลายเป็นเฟสหลัก เมื่อพิจารณา %recovery พบว่ามีค่าเพิ่มเป็น 77.6% และมีค่าสมบัติเชิงกลที่ลดลง เมื่อขึ้นรูปในระดับอุตสาหกรรมโดยลด TAIC เหลือ 0.1 phr พบว่า %recovery มีค่าลดลง เป็น 57.4% เนื่องจากการลด TAIC ทำให้เกิดการเชื่อมขวางได้น้อยลง โดยมีค่า gel content ลดลงจาก 67.8% เป็น 52.7% ในสูตร MMA0.2(0.1)_80_PBSA20_ECE1(lab) และ MMA0.2_80_PBSA20_ECE1(Pilot) ตามลำดับ