PBAT薄膜的制备及应用研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.07.019

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (7): 115-125.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.07.019

PBAT薄膜的制备及应用研究进展

张婷¹, 张彩丽¹^,², 宋鑫宇², 翁云宣¹^,²()

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.北京工商大学塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室，北京 100048

收稿日期:2020-12-10 出版日期:2021-07-26 发布日期:2021-07-21
基金资助:
国家自然科学基金(1905008);北京市教委科技计划项目(KM202110011008)

Research Progress in Preparation and Applications of PBAT Films

ZHANG Ting¹, ZHANG Caili¹^,², SONG Xinyu², WENG Yunxuan¹^,²()

^1.College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Beijing Key Laboratory of Quality Evaluation Technology for Hygiene and Safety of Plastics，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2020-12-10 Online:2021-07-26 Published:2021-07-21
Contact: WENG Yunxuan E-mail:wyxuan@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

综述了聚己二酸?对苯二甲酸丁二酯（PBAT）及其复合膜在食品活性包装膜和地膜中应用的研究进展；详细介绍了提高PBAT膜性能的主要方法，包括与聚合物共混、与无机填料共混、与其他可再生资源共混等；阐述了PBAT及其复合膜的降解性能；并对PBAT膜未来的研究方向进行了展望。

关键词: 聚己二酸?对苯二甲酸丁二酯, 可生物降解, 食品包装膜, 地膜, 共混改性

Abstract:

This paper reviewed the research progress in polybutylene adipate?terephthalate （PBAT） and its composite films used as the food active packaging and mulch films. The main methods for improving the performance of PBAT films were introduced in detail， which included compounding with polymers， inorganic fillers and other renewable resources. The degradation performance of PBAT and its composite membrane was also discussed， and the future research direction of PBAT membranes was prospected.

Key words: polyadipate?butylene terephthalate, biodegradability, food package film, mulch film, blending modification

中图分类号:

TQ323.4

张婷, 张彩丽, 宋鑫宇, 翁云宣. PBAT薄膜的制备及应用研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 115-125.

ZHANG Ting, ZHANG Caili, SONG Xinyu, WENG Yunxuan. Research Progress in Preparation and Applications of PBAT Films[J]. China Plastics, 2021, 35(7): 115-125.

图/表 10

图1 PBAT与其他可生物降解聚酯及传统塑料的拉伸强度和断裂伸长率对比［3］

Fig.1 Comparison of tensile strength and elongation at break of PBAT with other biodegradable polyester and traditional plastics films［3］

样品	薄膜厚度/μm	断裂伸长率/%	弹性模量/MPa	拉伸强度/MPa	水蒸气透过率/10^-11·g m·m^-2·Pa^-1·s^-1	水接触角/（°）
PBAT	51.9	126.7	107.3	4.1	6.50	70.7
PBAT/TP	52.7	125.5	107.4	6.5	5.95	72.5
PBAT/AgNPs	51.4	121.6	108.6	7.8	5.35	77.9

表1 PBAT基薄膜的力学性能、水蒸气透过率和水接触角［14］

Tab.1 Mechanical properties， water vapor transmission rate， and water contact angle of PBAT?based films［14］

图2 可生物降解PBAT/OLDH纳米复合薄膜制备示意图［19］

Fig.2 Schematic illustration for the manufacture of the biodegradable PBAT/OLDH nanocomposite films［19］

图3 PLA/PBAT共混膜中TEC和TDI的增塑增容协同反应机理［27］

Fig.3 Reaction mechanism for synergy of plasticization and compatibilization processes in the PLA/PBAT blend films with TEC and TDI［27］

样品名称	相容剂/交联剂		拉伸强度/MPa		断裂伸长率/%		撕裂强度/kN·m^-1		参考文献
样品名称	名称	含量/份	MD	TD	MD	TD	MD	TD	参考文献
PBAT/PLA（60/40）	BIBP	0.1	43.9	48.7	382.8	364.6	197.0	159.1	［28］
PBAT/PLA（50/50）	ADR?4370F	0.15	40.7	36.7	264.6	300.3	163.8	168.5	［30］
PBAT	—	—	31.3	21.7	2 001	1 401	93.2	100.7	［33］
PBAT/PPC（90/10）	—	—	27.6	12.4	1 768	702	94.7	99.4	［33］
PBAT/PPC（70/30）	—	—	20.4	12.6	1 464	699	102.6	109.7	［33］

表2 PBAT膜的力学性能

Tab.2 Mechanical properties of PBAT?based films

样品	弹性模量/MPa	断裂伸长率/%	拉伸强度/ MPa
76PBAT/24PLA	373 ± 94	32 ± 13	11 ± 2
66PBAT/24PLA/10 CaCO₃	544± 58	87± 2	14.0 ± 0.6
56PBAT/24PLA/20 CaCO₃	584± 9	22 ± 3	11.2± 0.8
62PBAT/28PLA/10 CaCO₃	782 ± 85	80 ± 12	15 ± 2

表3 PLA/PBAT/CaCO3复合材料在常温下的弹性模量、断裂伸长率和拉伸强度［5］

Tab.3 Modulus of elasticity， elongation at break and tensile strength of PBAT/PLA/CaCO3 composites at room temperature［5］

图4 TPS和TPS?TA复合后透过率变化的机理［38］

Fig. 4 Mechanism of transmittance variation by the incorporation of TPS and TPS?TA［38］

图5 LNP和LMNP制备工艺示意图［40］

Fig. 5 Schematic illustration of the procedure for the LNP and LMNP［40］

图6 改性NP与PBAT共混制备过程及其紫外屏蔽性能比较［41］

Fig.6 Preparation process and UV shielding properties of PBAT and modified lignin［41］

图7 PBAT光化学反应形成分子链间交联的机理推测［43］

Fig.7 Proposed molecular mechanism for the photochemical formation of cross?links between chains in PBAT［43］

参考文献 45

1	宁晓琴. 塑料包装行业发展现状及趋势分析［J］. 塑料包装， 2014， 24（3）： 1⁃4.
	NING X Q. Analysis of Current Situation and Trend of Plastic Packaging Industry Development［J］. Plastic Packaging， 2014， 24（3）： 1⁃4.
2	马兆嵘，刘有胜，张芊芊，等.农用塑料薄膜使用现状与环境污染分析［J］. 生态毒理学报， 2020，15（4）： 1⁃22.
	MA Z R， LIU Y S， ZHANG Q Q， et al. Application Status and Environmental Pollution Analysis of Agricultural Plastic Film［J］. Journal of Ecotoxicology， 2020，15（4）： 1⁃22.
3	JOST V. Packaging Related Properties of Commercially Available Biopolymers⁃An Overview of the Status Quo［J］. Express Polymer Letters， 2018，12（5）： 429⁃435.
4	张双双，李仁海，高甲，等. PBAT合成方法及其应用的研究现状［J］. 现代塑料加工应用， 2018， 30（5）： 59⁃63.
	ZHANG S S， LI H R， GAO J， et al. Research status of synthesis methods and applications of PBAT［J］. Modern Plastic Processing and Application， 2018， 30（5）： 59⁃63.
5	ROCHA D B， JESSIKA S D C， SUELI A D O， et al. A New Approach for Flexible PBAT/PLA/CaCO₃ Films into Agriculture［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2018， 135（35）： 46660.
6	钟淦基，杨彪，李忠明，等. 一种抗紫外高阻水PBAT薄膜及其制备方法：中国，CN107936495A［P］. 2018⁃04⁃20.
7	叶士娟. 一种高强度改性PBAT光催化抗菌薄膜及其制法：中国，CN202010334770.5［P］. 2020⁃08⁃07.
8	SERAY M， SKENDER A and HADJ⁃HAMOU A S. Kinetics and Mechanisms of Zn²⁺ Release From Antimicrobial Food Packaging Based on Poly （butylene adipate⁃co⁃terephthalate） and Zinc Oxide Nanoparticles［J］. Polymer Bull， 2021，78： 1 021⁃1 040.
9	VENKATESAN R， RAJESWARI N. ZnO/PBAT Nanocomposite Films： Investigation on the Mechanical and Biological Activity for Food Packaging［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2017， 28（1）： 20⁃27.
10	LUO S， ZHANG P， GAO D. Preparation and Properties of Antimicrobial Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）/TiO₂ Nanocomposites Films［J］. Journal of Macromolecular Science， Part B， 2020， 59（4）：1⁃14.
11	VENKATESAN R， RAJESWARI N. TiO₂ Nanoparticles/Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Bionanocomposite Films for Packaging Applications［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2017， 28（12）： 1 699⁃1 706.
12	VENKATESAN R， RAJESWARI N. Nanosilica⁃reinforced Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Nanocomposites： Preparation， Characterization and Properties［J］. Polymer Bulletin， 2018， 76（9）： 4 785⁃4 801.
13	VENKATESAN R， RAJESWARI N， TAMILSELVI A. Antimicrobial， Mechanical， Barrier and Thermal Pro⁃perties of Bio⁃based Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）（PBAT）/Ag₂O Nanocomposite Films for Packaging Application［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2018， 29（1）： 61⁃68.
14	SHANKAR S ，RHIM J W. Tocopherol⁃Mediated Synthesis of Silver Nanoparticles and Preparation of Antimicrobial PBAT/Silver Nanoparticles Composite Films［J］. LWT ⁃ Food Science and Technology， 2016， 72： 149⁃156.
15	SOUSA G M.， YAMASHITA F，SOARES J M S. Application of Biodegradable Films Made from Rice Flour， Poly（butylene adipate⁃co⁃terphthalate）， Glycerol and Potassium Sorbate in the Preservation of Fresh Food Pastas［J］. LWT ⁃ Food Science and Technology， 2016， 65： 39⁃45.
16	LEAL I L， SILVA ROSA D Y C， SILVA PENHA D J， et al. Development and Application Starch Films：PBAT with Additives for Evaluating the Shelf Life of Tommy Atkins Mango in the Fresh⁃cut State［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019， 136（1）： 48150.
17	SHANKAR S， RHIM J W. Preparation of Antibacterial Poly（lactide）/Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Composite Films Incorporated with Grapefruit Seed Extract［J］. Biol Macromol， 2018， 120（Part A）： 846⁃852.
18	ZHAO H， LI L， ZHANG Q， et al. Manipulation of Chain Entanglement and Crystal Networks of Biodegradable Poly（butylene adipate⁃co⁃butylene terephthalate） During Film Blowing through the Addition of a Chain Extender： An In Situ Synchrotron Radiation X⁃ray Scattering Study［J］. Biomacromolecules， 2019， 20（10）： 3 895⁃3 907.
19	XIE J， WANG Z， ZHAO Q， et al. Scale⁃Up Fabrication of Biodegradable Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）/Organophilic⁃Clay Nanocomposite Films for Potential Packaging Applications［J］. ACS Omega， 2018， 3（1）： 1 187⁃1 196.
20	REN P G， LIU X H， REN F， et al. Biodegradable Graphene Oxide Nanosheets/Poly⁃（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Nanocomposite Film with Enhanced Gas and Water Vapor Barrier Properties［J］. Polymer Testing， 2017， 58： 173⁃180.
21	LEE K M. Biodegradable⁃Agriculture Mulching Film：Korea， KR101823409［P］.2018⁃01⁃31.
22	TOUCHALEAUME F， MARTIN⁃CLOSAS L， ANGELLIER⁃COUSSY H， et al. Performance and Environmental Impact of Biodegradable Polymers as Agricultural Mulching Films［J］. Chemosphere， 2016， 144： 433⁃439.
23	SOUZA P M S， MORALES A R， SANCHEZ E M S， et al. Study of PBAT Photostabilization with Ultraviolet Absorber in Combination with Hindered Amine Light Stabilizer and Vitamin E， Aiming Mulching Film Application［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2018， 26（8）： 3 422⁃3 436.
24	LI J， LAI L， WU L， et al. Enhancement of Water Vapor Barrier Properties of Biodegradable Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Films with Highly Oriented Organomontmorillonite［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2018， 6（5）： 6 654⁃6 662.
25	FALCÃO G A M， ALMEIDA T G， BARDI M A G， et al. PBAT/Organoclay Composite Films—Part 2： Effect of UV Aging on Permeability， Mechanical Properties and Biodegradation［J］. Polymer Bulletin， 2018， 76（1）： 291⁃301.
26	ARRUDA L C， MAGATON M， BRETAS R E S， et al. Influence of Chain Extender on Mechanical， Thermal and Morphological Properties of Blown Films of PLA/PBAT Blends［J］. Polymer Testing， 2015，43： 27⁃37.
27	PHETWAROTAI W， PHUSUNTI N， AHT⁃ONG D. Preparation and Characteristics of Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）/Polylactide Blend Films via Synergistic Efficiency of Plasticization and Compatibilization［J］. Polymer Science， 2019，37（1）： 68⁃78.
28	AI X， LI X， YU Y， et al. The Mechanical， Thermal， Rheological and Morphological Properties of PLA/PBAT Blown Films by Using Bis（tert⁃butyl dioxy isopropyl） Benzene as Crosslinking Agent［J］. Polymer Engineering & Science， 2019， 59（S1）： 227⁃236.
29	SCHNEIDER J， MANJURE S， NARAYAN R. Reactive Modification and Compatibilization of Poly（lactide） and Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Blends with Epoxy Functionalized⁃Poly（lactide） for Blown Film Applications［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2016， 133（16）： 43310.
30	LI X， YAN X， YANG J， et al. Improvement of Compatibility and Mechanical Properties of the Poly（lactic acid）/Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Blends and Films by Reactive Extrusion with Chain Extender［J］. Polymer Engineering & Science， 2018， 58（10）： 1 868⁃1 878.
31	LI X， AI X， PAN H， et al. The Morphological， Mechani⁃cal， Rheological， and Thermal Properties of PLA/PBAT Blown Films with Chain Extender［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2018， 29（6）： 1 706⁃1 717.
32	PAN H， HAO Y， ZHAO Y， et al. Improved Mechanical Properties， Barrier Properties and Degradation Behavior of Poly（butylenes adipate⁃co⁃terephthalate）/Poly（propyle⁃ne carbonate） Films［J］. Korean Journal of Chemical Engineering， 2017， 34（5）： 1 294⁃1 304.
33	JIANG G， WANG F， ZHANG S， et al. Structure and Improved Properties of PPC/PBAT Blends via Controlling Phase Morphology Based on Melt Viscosity［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2020， 137（31）： 48924.
34	HOFFMANN R， MORAIS D D S， Braz C J F， et al. Impact of the Natural Filler Babassu on the Processing and Properties of PBAT/PHB Films［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2019，124：105472.
35	LAGARÓN J M， LÓPEZRUBIO A， JOSÉ FABRA M. Film Blowing of PHBV Blends and PHBV⁃Based Multilayers for the Production of Biodegradable Packages［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2016， 133（2）： 356⁃365.
36	CORREA J P， BACIGALUPE A， MAGGI J， et al. Biodegradable PLA/PBAT/Clay Nanocomposites： Morphological， Rheological and Thermomechanical Behavior［J］. Journal of Renewable Materials， 2016， 4（4）： 258⁃265.
37	MONDAL D， BHOWMICK B， MOLLICK M M R， et al. Antimicrobial Activity And Biodegradation Behavior of Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）/Clay Nanocomposites［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2014， 131（7）：40079.
38	ZHANG S， LIN Z， LI J， et al. Elevated Ductility， Optical， and Air Barrier Properties of Poly （butyleneadipate⁃co⁃terephthalate） Bio⁃based Films via Novel Thermoplastic Starch Feature［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2019， 30（4）： 852⁃862.
39	SILVA T B V D， MOREIRA T F M， OLIVEIRA D A， et al. Araucaria Angustifolia （Bertol.） Kuntze Extract as A Source of Phenolic Compounds in TPS/PBAT Active Films［J］. Food & Function， 2019， 10（12）： 7 697⁃7 706.
40	XING Q， BUONO P， RUCH D， et al. Biodegradable UV⁃Blocking Films through Core⁃Shell Lignin⁃Melanin Nanoparticles in Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）［J］. CS Sustainable Chemistry & Engineering， 2019， 7（4）： 4 147⁃4 157.
41	XING Q， RUCH D， DUBOIS P， et al. Biodegradable and High⁃Performance Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate）–Lignin UV⁃Blocking Films［J］. ACS Sustaina⁃ble Chemistry & Engineering， 2017， 5（11）： 10 342⁃10 351.
42	MUROI F， TACHIBANA Y， SOULENTHONE P， et al. Characterization of A Poly（butylene adipate⁃co⁃terephthalate） Hydrolase From the Aerobic Mesophilic Bacterium Bacillus Pumilus［J］. Polymer Degradation and Stability， 2017， 137： 11⁃22.
43	DE HOE G X， ZUMSTEIN M T， GETZINGER G J， et al. Photochemical Transformation of Poly（butylene adipate⁃ co⁃terephthalate） and Its Effects on Enzymatic Hydrolyzability［J］. Environmental Science and Technology， 2019， 53（5）： 2 472⁃2 481.
44	OLIVEIRA T A， OLIVEIRA MOTA I， MOUSINHO F E P， et al. Biodegradation of Mulch Films from Poly（butylene adipate co‐terephthalate）， Carnauba Wax， and Sugarcane Residue［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019， 136（47）：48240.
45	WANG X W， WANG G X， HUANG D， et al. Degrada⁃bility Comparison of Poly（butylene adipate terephthalate） and Its Composites Filled with Starch and Calcium Carbonate in Different Aquatic Environments［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019， 136（2）： 46916.

[1]	张宗胤, 吕明福, 郭鹏, 徐耀辉, 张师军. 紫外线吸收剂对PBST薄膜耐候性的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 110-115.
[2]	隋振全, 毛金超, 范金石. 壳聚糖/聚乙烯醇液态地膜的制备与应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 21-25.
[3]	管彤晖, 付烨, 翁云宣. PBAT全生物降解地膜在土壤试验中的降解行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 67-72.
[4]	冯玉红, 姚文清, 尚超男, 谢艳丽, 张名楠, 周雪晴, 王桂振, 于文辉, 窦智峰. 一次性塑料制品污染防治的法律法规及检测标准研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 55-63.
[5]	李攀, 李东峰, 陆新焱, 彭麒桦, 卢波, 季君晖. 回收PE地膜残膜在高性能沥青路面新材料中应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 84-87.
[6]	王智勤, 李慧, 朱冰玉, 陈厂. 废旧地膜的回收与应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 108-113.
[7]	谭博雯, 孙朝阳, 计扬. 聚乙醇酸的合成、改性与性能研究综述[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 137-146.
[8]	毕昕媛, 姚建民. 聚碳酸亚丙酯生物降解渗水地膜的研制及性能分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 21-25.
[9]	周大纲, 谢胜利. 我国农膜行业现状的分析及发展对策（2020年）[J]. 中国塑料, 2020, 34(7): 104-108.
[10]	薛颖昊, 孙占祥, 居学海, 习斌, 靳拓, 贾涛. 可降解农用地膜的材料研究与应用现状[J]. 中国塑料, 2020, 34(5): 87-96.
[11]	贾璇, 傅晨星, 张军平, 李鸣晓, 李雪琪, 刘晓佩. 可降解液体地膜的研究现状及应用展望[J]. 中国塑料, 2020, 34(12): 110-118.
[12]	朱城业;刘鸣;孙琦岳;何梦娇;章宇冲;孙瑞泽;高山俊. 聚丁二酸丁二醇酯/淀粉共混物阻燃改性的研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(01): 52-55 .
[13]	姜李龙;孙靖尧;杨昆晓;余东泉;信春玲;何亚东. 三螺杆挤出机中剪切拉伸交变流场对PP/PE-HD[J]. 中国塑料, 2016, 30(01): 86-91 .
[14]	申慧雁;王彦鸿;曹莉苏志强. 等规聚丙烯与液晶成核剂的共混改性研究[J]. 中国塑料, 2015, 29(03): 26-32 .
[15]	黄安荣朱永军秦舒浩韦良强罗筑. 原位微纤增强复合材料的结构与性能[J]. 中国塑料, 2013, 27(09): 37-40 .

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Research Progress in Preparation and Applications of PBAT Films

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