生分解性ポリ(3-ヒドロキシブチレート-3-ヒドロキシバレレート)/ポリ(ε-カプロラクトン)ブレンドのその場反応性相溶化による靭性向上

Toughening of Biodegradable Poly(3-hydroxybutyrate--3-hydroxyvalerate)/Poly(ε-caprolactone) Blends by In Situ Reactive Compatibilization.

• Peter Zytner
• Feng Wu
• Manjusri Misra
• Amar K Mohanty

抄録

ポリ(3-ヒドロキシブチレート-3-ヒドロキシバレレート)/ポリ(ε-カプロラクトン)ブレンド(PHBV/PCL)の反応性押出しを、架橋剤1,3,5-トリ-2-プロペニル-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1,3,5)-トリオン(TAIC)及び過酸化物の存在下で行った。2つの生分解性ポリマー間の相溶性は、TAICと過酸化物が協働した場合にのみ有意に改善され、PCLの粒子径が減少し、PHBVとPCLの間の界面ギャップが不鮮明になったことで証明された。相溶化ブレンドの機械的、熱的、形態学的、レオロジー的特性を調べ、TAICと過酸化物を添加していないブレンドと比較した。最適なTAIC含有量(1fr)では、相溶化ブレンドの破断伸度は、無添加のPHBV/PCLブレンドの380%であり、無添加のPHBVブレンドの700%であった。界面適合性の向上、PCL粒子径の減少、均一なPHBV結晶がブレンドの靭性を向上させる要因となっている。フーリエ変換赤外(FTIR)とレオロジー研究を通して、反応メカニズムを議論した。その結果、PHBVとPCLがTAICによって架橋され、PHBVとPCLの共重合体が形成され、ブレンドの相溶性が向上することがわかった。本研究で調製した高結晶化度で靭性が改善された生分解性ポリマーブレンドは、持続可能な包装やその他の用途への利用が提案されている。

Reactive extrusion of poly(3-hydroxybutyrate--3-hydroxyvalerate)/poly(ε-caprolactone) (PHBV/PCL) blends was performed in the presence of cross-linker 1,3,5-tri-2-propenyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1,3,5)-trione (TAIC) and peroxide. The compatibility between the two biodegradable polymers was significantly improved only when TAIC and peroxide work together, as evidenced by the decreased PCL particle size and blurred interfacial gap between the PHBV and PCL. The mechanical, thermal, morphological, and rheological properties of the compatibilized blends were studied and compared to the blends without TAIC and peroxide. At the optimal TAIC content (1 phr), the elongation at break of the compatibilized blends was 380% that of the PHBV/PCL blend without any additives and 700% that of neat PHBV. The improved interfacial compatibility, decreased PCL particle size, and uniform PHBV crystals are all factors that contribute to improving the toughness of the blend. Through Fourier transform infrared (FTIR) and rheological studies, the reaction mechanism is discussed. The study shows that PHBV and PCL are cross-linked by TAIC, resulting in the formation of a PHBV-PCL co-polymer, which improves the compatibility of the blend. The biodegradable polymer blends with high crystallinity and improved toughness prepared in this study are proposed to be used in sustainable packaging or other applications.

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