生分解性プラスチックバッグはなぜ PLA と PBAT を原材料として選ぶのでしょうか?

「白色汚染」汚染が深刻化するにつれ、世界各国はより厳しいプラスチック規制を導入し、生分解性プラスチック袋が大手スーパーやショッピングセンターを占拠しています。よく観察すると、これらの生分解性プラスチック袋のほとんどがPBAT+PLA+Stであることがわかります。では、PBAT+PLA+Stの利点は何でしょうか？

01. デンプン
デンプン植物は、果物や植物の果実、根、葉に広く分布しています。毎年、世界中で数億トンのデンプンが生産されており、再生可能で生分解性の資源の1つです。しかし、微結晶構造と粒状構造のため、天然デンプンは熱可塑性加工特性を持たないため、熱可塑性加工特性を持たせるには熱可塑性デンプンに変換する必要があります。

02. PBAT
ポリアジピン酸/ブチレンテレフタレート（PBAT）は、PBTポリエステルの優れた機械的特性だけでなく、脂肪族ポリエステルの優れた伸縮性と延性も備え、自然条件下で水と二酸化炭素に分解できる、注目を集めている分解性ポリエステルの一種です。
しかし、この材料は価格が高いため、市場での応用が制限されます。そのため、PBAT を混合した安価で生分解性のデンプンは良い選択肢です。

03.人民解放軍
PLA（ポリ乳酸）はポリ乳酸とも呼ばれ、ポリ乳酸の製造工程は無公害であり、製品は生分解性であるため自然界でのリサイクルが実現できるため、理想的なグリーンポリマー材料であり、バイオベースの生分解性プラスチックの代表の一つです。
しかし、実際の用途においては多くの欠陥もあります。PLA は靭性が低く、弾力性と柔軟性に欠け、質感が硬くて脆く、溶融強度が比較的低く、結晶化速度が遅いため、多くの面でその用途が制限されています。
PLAの化学構造には多数のエステル結合が含まれており、親水性が低く、分解速度を制御する必要があります。また、PLAの価格が高いため、原材料のコストが増加し、商業的なプロモーションが制限されます。そのため、上記の多くの欠点を考慮して、PLAは改良されています。
PBAT は質感が柔らかく、延性が強く、劣化サイクルが短いという特徴があります。PLA は質感が脆く、靭性が低く、劣化サイクルが長いため、この 2 つを混合すると相乗的に性能を向上させるのに最適です。

04. PBAT/PLA材料の紹介

【互換性】

PBATとPLAの融合ブレンドは物理的な改質方法であり、その主なポイントは、両者の良好な相溶性を要求することです。しかし、PBATとPLAの溶解性はかなり異なるため、相溶性が悪く、均一に混合することが困難です。

PBAT と PLA の相溶性を改善することは最優先事項です。PBAT と PLA の界面の接着性を改善するには、ブレンド プロセス中に 1 つ以上の相溶化剤を追加する必要があります。一般的に使用される相溶化剤は、可塑剤、反応性相溶化剤、および延性ポリマーです。

【機械的性質】

PLA と PBAT は相互に補完的な性能を持っているため、総合的な性能の比率は良好でなければなりません。

1. PLA の割合がノードとして 40% に増加すると、材料の引張強度は最初に減少し、その後増加し、破断時の伸びは最初に急激に減少し、その後安定します。

2. PLA含有量が70％を超えると、材料の脆さが強くなりすぎてフィルムに吹き込むことができないため、添加剤に応じてPLAとPBATの比率を約1：1に維持する必要があります。

【劣化性能】

材料劣化の初期反応は、水分子が侵入して加水分解反応を起こすことです。PBAT単独の材料であれば、分子構造内の強固なエステル結合により水分子が侵入しにくく、劣化しにくいです。しかし、PLA分子は水に侵されやすく、内部で劣化するため、PLA含有量が多いほど、材料の劣化速度が速くなります。