Wie hoch ist die thermische Stabilität von PBAT und PLA?

Wie hoch ist die thermische Stabilität von PBAT und PLA?

Als führender Anbieter von PBAT und PLA werde ich oft nach der thermischen Stabilität dieser beiden beliebten biologisch abbaubaren Polymere gefragt. In diesem Blogbeitrag werde ich mich mit dem Konzept der thermischen Stabilität befassen, erklären, wie es auf PBAT und PLA anwendbar ist, und die Auswirkungen auf verschiedene Anwendungen diskutieren.

Thermische Stabilität verstehen

Unter thermischer Stabilität versteht man die Fähigkeit eines Materials, seine physikalischen und chemischen Eigenschaften bei Hitzeeinwirkung beizubehalten. Ein thermisch stabiles Material erfährt innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs keinen nennenswerten Abbau, wie etwa Schmelzen, Zersetzung oder Verlust der mechanischen Festigkeit. Diese Eigenschaft ist von entscheidender Bedeutung für Materialien, die in Anwendungen eingesetzt werden, in denen sie während der Verarbeitung, Verwendung oder Lagerung Hitze ausgesetzt sind.

Thermische Stabilität von PBAT

PBAT oder Poly(butylenadipat-co-terephthalat) ist ein biologisch abbaubarer Copolyester. Es ist für seine hervorragende Flexibilität und Verarbeitbarkeit bekannt und daher eine beliebte Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Verpackungsfolien und Einwegprodukten.

Die thermische Stabilität von PBAT ist relativ hoch. Sein Schmelzpunkt liegt typischerweise zwischen 110 und 120 °C und es kann Temperaturen von bis zu etwa 200 bis 220 °C standhalten, ohne dass es bei kurzzeitiger Einwirkung zu einer nennenswerten Verschlechterung kommt. Dadurch eignet es sich für verschiedene Verarbeitungsverfahren wie Extrusion, Spritzguss und Blasformen.

Während der Extrusion kann PBAT beispielsweise geschmolzen und bei Temperaturen innerhalb seines thermischen Stabilitätsbereichs zu Filmen oder anderen Formen geformt werden. Die hohe thermische Stabilität ermöglicht auch die Zugabe anderer Additive, Füllstoffe oder Verträglichkeitsvermittler, die die Leistung des Endprodukts verbessern können.

Überschreitet PBAT jedoch seine thermische Stabilitätsgrenze, kann es beginnen, sich zu zersetzen. Der thermische Abbau kann zu einer Verringerung des Molekulargewichts, Veränderungen der mechanischen Eigenschaften (z. B. verringerte Zugfestigkeit und Bruchdehnung) und zur Bildung flüchtiger Nebenprodukte führen. Daher ist es wichtig, die Verarbeitungstemperatur beim Arbeiten mit PBAT sorgfältig zu kontrollieren, um eine optimale Leistung sicherzustellen.

Thermische Stabilität von PLA

PLA oder Polymilchsäure ist ein weiteres bekanntes biologisch abbaubares Polymer, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke gewonnen wird. Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und Transparenz erfreut es sich in der Verpackungs- und Konsumgüterindustrie großer Beliebtheit.

PLA hat im Vergleich zu PBAT einen höheren Schmelzpunkt, der normalerweise zwischen 150 und 170 °C liegt. Aufgrund seiner thermischen Stabilität kann es bei kurzfristiger Verarbeitung auch Temperaturen von bis zu ca. 200–220 °C standhalten. Ähnlich wie PBAT kann PLA innerhalb seines thermischen Stabilitätsbereichs durch Extrusion, Spritzguss und 3D-Druck verarbeitet werden.

Eine der Herausforderungen bei PLA ist seine relativ geringe thermische Stabilität bei hohen Temperaturen über längere Zeiträume. Bei Temperaturen über seinem Schmelzpunkt kann PLA hydrolytisch zersetzt werden, insbesondere in Gegenwart von Feuchtigkeit. Dieser Abbau kann zu einem deutlichen Abfall des Molekulargewichts und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen. Daher ist es wichtig, PLA während der Lagerung und Verarbeitung trocken zu halten und eine längere Einwirkung hoher Temperaturen zu vermeiden.

Vergleich der thermischen Stabilitäten von PBAT und PLA

Während sowohl PBAT als auch PLA vergleichbare Obergrenzentemperaturen für die kurzfristige Verarbeitung haben (ca. 200–220 °C), bieten ihnen ihre unterschiedlichen Schmelzpunkte einzigartige Vorteile in verschiedenen Anwendungen.

Der niedrigere Schmelzpunkt von PBAT erleichtert die Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen, was bei der Herstellung Energie sparen kann. Seine Flexibilität und gute thermische Stabilität bei relativ niedrigen Temperaturen machen es zur idealen Wahl für Anwendungen wie flexible Verpackungsfolien.

Andererseits ermöglicht der höhere Schmelzpunkt von PLA die Herstellung von Produkten, die bei der Verwendung etwas höheren Temperaturen standhalten. Aus PLA können beispielsweise Einwegbesteck und Lebensmittelbehälter hergestellt werden, die möglicherweise mit warmen Lebensmitteln in Berührung kommen.

Auswirkungen auf Anwendungen

Die thermischen Stabilitäten von PBAT und PLA haben erhebliche Auswirkungen auf ihren Einsatz in verschiedenen Anwendungen:

• Verpackungsindustrie: In der Verpackungsindustrie bestimmt die thermische Stabilität dieser Polymere, welche Verpackungsarten hergestellt werden können. Für flexible Verpackungen ist PBAT aufgrund seines niedrigeren Schmelzpunkts und seiner guten Flexibilität eine beliebte Wahl. Es lässt sich leicht zu dünnen Folien extrudieren und für Lebensmittelverpackungen, Einkaufstüten und andere flexible Anwendungen verwenden. PLA kann aufgrund seines höheren Schmelzpunkts und seiner Transparenz für starre Verpackungen wie Blisterverpackungen und Einweg-Lebensmittelschalen verwendet werden.
• Automobilindustrie: In der Automobilindustrie werden zunehmend biologisch abbaubare Polymere für Innenraumkomponenten eingesetzt. Die thermische Stabilität von PBAT und PLA stellt sicher, dass diese Komponenten der in einem Auto erzeugten Hitze standhalten, ohne sich zu verformen oder zu zerfallen.
• 3D-Druck: PBAT und PLA sind ebenfalls beliebte Materialien für den 3D-Druck. Aufgrund ihrer thermischen Stabilität können sie Schicht für Schicht geschmolzen und aufgetragen werden, um komplexe 3D-Objekte zu erzeugen. Es ist jedoch wichtig, die richtige Drucktemperatur einzustellen, um genaue und qualitativ hochwertige Ausdrucke zu gewährleisten.

Unsere Produktangebote

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Wenn Sie Fragen zur thermischen Stabilität von PBAT und PLA haben oder Interesse am Kauf unserer Produkte haben, können Sie sich gerne an uns wenden. Gerne besprechen wir Ihre spezifischen Anforderungen und bieten Ihnen die besten Lösungen.

Referenzen

• Auras, R., Harte, B. & Selke, S. (2004). Ein Überblick über Polylactide als Verpackungsmaterialien. Makromolekulare Biowissenschaften, 4(9), 835 - 864.
• Zhang, X. & Thomas, S. (2012). Polylactidmischungen: Die Zukunft von grün, leicht und robust. Progress in Polymer Science, 37(7), 825–852.
• Liu, H. & Hanna, MA (2006). Einfluss der thermischen Behandlung auf das Schmelz- und Kristallisationsverhalten von Poly(milchsäure). Journal of Applied Polymer Science, 100(2), 1331–1338.