W miarę przyspieszenia globalnego popytu na w pełni biodegradowalne opakowania i materiały barierowe, polihydroksyalkanoat (PHA) stał się wiodącą, zrównoważoną alternatywą dla powłok na bazie ropy naftowej.Jego naturalna biodegradacyjność, biokompatybilność i doskonałe właściwości kształtujące folie sprawiają, że jest idealnym kandydatem do zastosowań powłok barierowych na bazie wody wydajności wyższych zawiera znaczne przeszkody techniczne.

W ciągu ostatnich 6+ miesięcy ściśle współpracowaliśmy z zagranicznym klientem z branży produkcyjnej, aby sprostać tym wyzwaniom,ponieważ opracowali emulsję PHA na bazie wody do zrównoważonych powłok barierowychW tym poście podzielimy się głównymi technicznymi problemami, z którymi spotkali się podczas testów w świecie rzeczywistym, wiedzą, którą zdobyliśmy dzięki współpracy z naukowcami z PHA,i rozwiązań, które zbadaliśmy, aby zbliżyć ich formułowanie do komercyjnej rentowności..

Nasz klient miał prosty, ale ambitny cel: opracowanie emulsji PHA na bazie wody, która zapewnia solidną odporność na wodę dla zrównoważonych zastosowań opakowaniowych.z ściśle określonym celem wydajności 3-minutowej wartości Cobb ciepłej wody ~7 gsmMetryka ta jest złotym standardem dla odporności na działanie wody w zastosowaniach powłoki, ponieważ mierzy ilość wody wchłanianej przez powlekany podłoże w określonym czasie.Im lepsza bariera wodna.

Testy rozpoczęły się od dwóch powszechnie dostępnych komercyjnych klas PHA, które są powszechnie sprzedawane do zastosowań powłok.Wynika z tego, że właściwa hydrofiliczność tych klas wynosiła 3-minutową wartość Cobb ciepłej wody ~ 41 gsm., prawie 6 razy wyższe niż docelowy próg wydajności.

Ta przepaść pomiędzy oczekiwaną a rzeczywistą wydajnością jest taka, którą widzimy wielokrotnie w przypadku nowych preparatów dla PHA.Przekładając tę wydajność na stabilny, wysokiej wydajności emulsja na bazie wody wymaga głębokiego zrozumienia chemicznej struktury materiału, właściwości specyficznych dla danego gatunku oraz interakcji w postaci preparatu.

Poprzez testy naszych klientów i naszą współpracę z zespołem BluePHA,Zidentyfikowaliśmy cztery podstawowe wyzwania techniczne, które formularze muszą rozwiązać podczas pracy z PHA w systemach powłoki barierowej na bazie wody.

Największą barierą dla osiągnięcia docelowej wydajności wartości Cobb jest nieodłączną wodopodobność wielu standardowych odmian PHA podczas przetwarzania w emulsje na bazie wody.Podczas gdy sam polimer PHA jest wodobójczy, proces emulgacji wymaga dodania środków powierzchniowo czynnych i stabilizatorów, które mogą zwiększyć wrażliwość na wodę końcowej suszonej powłoki.

Dzięki dyskusji z naukowcami materiałowymi, potwierdziliśmy, że nie wszystkie klasy PHA są równe, jeśli chodzi o wydajność hydrofobową.Nasze badania klientów wykazały, że PHA P330 zapewnia znacznie wyższą hydrofobowość w porównaniu z innymi standardowymi gatunkami, ze względu na wyjątkową strukturę łańcucha polimerowego i temperaturę przejściową szkła (Tg) na poziomie 1°C, która wpływa na tworzenie się folii i kolescencję w końcowej powłocie.

Dowiedzieliśmy się również, że metody przetwarzania surowców są bezpośrednio zależne od wymagań użytkownika końcowego w zakresie emulsji.Polimeryzacja i przetwarzanie proszku PHA mogą być dostosowane do poprawy hydrofobowości w systemach emulsji..

Drugim, nieoczekiwanym wyzwaniem, z którym spotkał się nasz klient, było trwałe powstawanie pianki podczas procesu konwersji emulsji.31, 23,03% zawartość ciał stałych, lepkość 1355 cP w temperaturze 40°C z temperaturą topnienia 138°C PHA) wywołała znaczną pianę podczas obróbki o wysokim cięciu, co doprowadziło do niespójnego nakładania powłoki,defekty otworu w suchej folii, i zmniejszona wydajność bariery.

Jest to powszechny problem w przypadku emulsji PHA na bazie wody, ponieważ środki powierzchniowo czynne wymagane do stabilizacji polimeru w fazie wodnej również mają tendencję do stabilizacji bąbelków powietrza podczas mieszania i przetwarzania.Poprzez nasze konsultacje techniczne, zidentyfikowaliśmy, że wybierając klasę PHA zoptymalizowaną dla dyspersji na bazie wody (takiej jak BP350,Wykorzystując chemikalię chemiczną, która jest już stosowana przez światowych liderów w dziedzinie specjalistycznych chemikaliów, takich jak Kemira, w swoich formulacjach powłok barierowych, można zmniejszyć ilość powierzchniowo czynnego substancji wymaganą do stabilnej emulgacji., co z kolei minimalizuje powstawanie pianki podczas przetwarzania.

Nawet gdy osiągnięto stabilną emulsję, wiele preparatów zmaga się z niespójnym tworzeniem folii podczas procesu suszenia i utwardzania.cząstki polimeru muszą całkowicie złączyć się w ciągły, film bez wad po nałożeniu na podłoże i suszeniu.

Temperatura topnienia (Tm) klasy PHA jest tutaj najważniejszym czynnikiem.Testy naszych klientów potwierdziły, że niższe stopnie temperatury topnienia (takie jak BP350 z Tm 138°C) są znacznie łatwiejsze do przekształcenia w stabilne emulsje, które tworzą jednolite, bezbłędne folie, w porównaniu z wyższym stopniem topnienia PHA. Niskie temperatury topnienia umożliwiają lepsze spalanie cząstek przy standardowych temperaturach suszenia powłoki,wyeliminowanie otworów szpiczowych i mikropęknięć, które mogłyby zagrozić wydajności bariery wodnej.

Stwierdziliśmy również, że forma fizyczna surowca odgrywa kluczową rolę.Przetwarzanie granulatów w proszek wewnętrznie wiąże się ze znaczącymi kosztami i może powodować zmienność wielkości cząstek w zależności od partii, co ma bezpośredni wpływ na stabilność emulsji i tworzenie się folii.Współpraca z dostawcą, który może dostarczyć preprocesowany proszek PHA zoptymalizowany do zastosowań emulsji całkowicie eliminuje tę zmienność.

Aby zmniejszyć różnicę pomiędzy wynikami testów a docelową wartością 7 gsm Cobb, nasz klient zbadał chemiczne modyfikacje w celu poprawy hydrofobiczności emulsji PHA.Zadali krytyczne pytanie.: jakie dodatki chemiczne mogą reagować z PHA w celu zwiększenia jego hydrofobowości w systemie na bazie wody?

Jest to obszar badań i rozwoju w branży PHA, i dowiedzieliśmy się, że chociaż istnieje znaczny potencjał do modyfikacji chemicznej,istnieją ograniczone wytyczne zweryfikowane handlowo dla preparatówNa podstawie naszych konsultacji z naukowcami z PHA potwierdziliśmy, że P330 ma wyższą hydrofobowość. the industry is still refining effective methods to incorporate chemical additives that react with the PHA polymer to enhance water barrier performance without compromising emulsion stability or biodegradability.

Dla producentów, którzy chcą zbadać tę drogę, naszą kluczową rekomendacją jest współpraca z dostawcą PHA na początku procesu opracowywania.Wiele producentów PHA może dostarczać niestandardowe gatunki kopolimerów z wbudowaną modyfikacją hydrofobową, co zapewnia bardziej spójne i przewidywalne działanie niż modyfikacja dodatków po polimeryzacji w Twojej formule.

1. Zacznij od odpowiedniej klasy PHA dla Twojej aplikacji:Priorytetowo traktować klasy zoptymalizowane do zastosowań emulsji i powłok na bazie wody, takie jak BP350 dla łatwego emulgowania i tworzenia folii lub P330 dla zwiększonej wrodzonej hydrofobiczności.Unikać ogólnych klas przemysłowych PHA, które nie są przeznaczone do zastosowań w zakresie powłok.
2. Źródło proszek PHA wstępnie przetworzony:Wyeliminowanie zmienności między partiami i zmniejszenie kosztów produkcji poprzez rozpoczęcie produkcji drobnym, jednorodnym proszkiem PHA, zamiast wytwarzania granulatów we własnym zakładzie.Zapewnia to spójne rozkład wielkości cząstek dla stabilnej produkcji emulsji.
3. Optymalizacja formuły emulsji w celu zminimalizowania zużycia czynników powierzchniowo czynnych:Pracuj ze swoim dostawcą PHA, aby wybrać klasę, która łatwo rozprasza się w wodzie, zmniejszając ilość substancji powierzchniowo czynnej potrzebnej do stabilizacji.Zmniejszy to ilość pianki w trakcie obróbki i poprawi odporność na wodę końcowej powłoki suszonej.
4. Przystosować proces suszenia do właściwości termicznych klasy PHA:Upewnij się, że temperatura suszenia i czas pobytu linii powlekania są zoptymalizowane dla temperatury topnienia wybranej klasy PHA, aby umożliwić pełną kolescencję cząstek i ciągłe,folia barierowa bez wad.
5. Współpracuj ze swoim dostawcą w celu opracowania dostosowanego do potrzeb:Jeśli standardowe gatunki nie spełniają celów wydajności, współpracuj z producentem PHA w celu zbadania niestandardowych gatunków kopolimerów lub materiałów wstępnie zmodyfikowanych, które zapewniają potrzebną hydrofobowość,zamiast polegać na modyfikacji dodatku po formułowaniu.

Podczas gdy PHA stawia przed unikatowymi wyzwaniami technicznymi w zakresie preparatów powłoki barierowej na bazie wody, doświadczenia naszych klientów pokazują, że wyzwania te nie są nie do pokonania.Z odpowiednim wyborem klasy, zoptymalizowane przetwarzanie surowców i ścisła współpraca z ekspertami w dziedzinie nauk o materiałach,producenci mogą opracować powłoki na bazie PHA, które spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności w zastosowaniach w opakowaniach komercyjnych, bez uszczerbku dla zrównoważonego rozwoju lub biodegradowalności.

What makes PHA truly unique is that it is one of the only biodegradable polymers that can deliver both the barrier performance and end-of-life biodegradability that brand owners and regulators are demandingW związku z tym, że przemysł kontynuuje doskonalenie klas PHA specjalnie dla zastosowań powłokowych i opracowuje bardziej skuteczne techniki modyfikacji hydrofobowej,oczekujemy, że PHA stanie się standardem w branży zrównoważonych powłok barierowych na bazie wody.

Jeśli opracowujesz preparat powłoki PHA na bazie wody i potrzebujesz wsparcia w wyborze właściwej klasy, dostępu do danych technicznych lub kontaktu z naukowcami zajmującymi się materiałami PHA,skontaktuj się z naszym zespołem dzisiaj. Aby uzyskać więcej informacji na temat wyboru odpowiedniej klasy PHA dla konkretnej aplikacji,Sprawdź nasz pełny przewodnik porównania ocen tutaj.