Поскольку глобальное стремление к полностью биоразлагаемым упаковкам и барьерным материалам ускоряется, полигидроксиалканоат (PHA) стал ведущей устойчивой альтернативой покрытиям на основе нефти.Ее естественная биоразлагаемость, биосовместимость и превосходные свойства пленкообразования делают его идеальным кандидатом для применения в качестве барьерного покрытия на водной основе, но преобразуя потенциал лабораторного масштаба в коммерческий,высокопроизводительные препараты имеют значительные технические препятствия.

В течение последних 6+ месяцев мы тесно сотрудничали с зарубежным корпоративным производственным клиентом, чтобы решить эти проблемы,поскольку они разработали эмульсию PHA на водной основе для устойчивого барьерного покрытияВ этом посте мы делимся основными техническими проблемами, с которыми они столкнулись во время реальных испытаний, пониманием, которое мы получили от сотрудничества с материалами PHA,и применимые решения, которые мы исследовали, чтобы приблизить их формулировку к коммерческой жизнеспособности.

Цель нашего клиента была простой, но амбициозной: разработать эмульсию PHA на водной основе, которая обеспечивает надежную водонепроницаемость для устойчивых приложений упаковки.с строгой целевой производительностью 3-минутного значения Cobb горячей воды ~7 gsmЭтот показатель является золотым стандартом для водонепроницаемости в применении покрытий, поскольку измеряет количество воды, поглощаемой покрытым субстратом в течение определенного времени.чем лучше водоотталкивающий барьер.

Они начали свои испытания с двух широко доступных коммерческих классов PHA, которые обычно продаются для применения в покрытии.В результате присущей гидрофильности этих сортов 3-минутное значение Cobb горячей воды ~ 41 gsm, почти в 6 раз выше, чем их целевой порог производительности.

Этот разрыв между ожидаемой и фактической производительностью мы видим снова и снова с новыми препаратами для PHA.преобразование этой производительности в стабильный, высокопроизводительная эмульсия на водной основе требует глубокого понимания химической структуры материала, свойств, специфических для разновидности, и взаимодействий формулировки.

Благодаря тестированию наших клиентов и сотрудничеству с командой материаловедения BluePHA,Мы определили четыре основных технических проблемы, которые должны решать разработчики при работе с PHA в системах барьерного покрытия на водной основе.

Самым большим препятствием для достижения целевых показателей Cobb является присущая гидрофильность многих стандартных сортов PHA при обработке в эмульсии на водной основе.В то время как сам полимер PHA является гидрофобным, процесс эмульгирования требует добавления поверхностно-активных веществ и стабилизаторов, которые могут увеличить чувствительность конечного сушеного покрытия к воде.

В ходе наших обсуждений с учеными-материалами мы подтвердили, что не все классы PHA созданы равными, когда дело доходит до гидрофобной производительности.Испытания нашего клиента показали, что PHA P330 обеспечивает значительно более высокую гидрофобность по сравнению с другими стандартными сортами, благодаря своей уникальной полимерной цепной структуре и температуре перехода стекла (Tg) 1°C, что влияет на образование пленки и слияние в конечном покрытии.

Мы также узнали, что методы обработки сырья напрямую зависят от требований конечного пользователя к эмульсии.Полимеризация и последующая обработка порошка PHA могут быть адаптированы для улучшения гидрофобности в системах эмульсии .

Второй неожиданной проблемой, с которой столкнулся наш клиент, была постоянная пенообразование во время процесса преобразования эмульсии.31, содержание твердых веществ 23,03%, вязкость 1355 cP при 40°C с температурой плавления 138°C PHA) развил значительную пену во время обработки с высоким сдвигом, что привело к несовместимому применению покрытия,дефекты штифтовых отверстий в сухой пленке, и снижение эффективности барьера.

Это распространенная проблема с эмульсиями PHA на водной основе, поскольку поверхностно-активные вещества, необходимые для стабилизации полимера в водной фазе, также имеют тенденцию стабилизировать пузыри воздуха во время смешивания и обработки.Через наши технические консультации, мы определили, что выбор PHA-класса, оптимизированного для дисперсии на водной основе (например, BP350,Указанный уровень уже используется мировыми лидерами в области специальных химических препаратов, такими как Kemira, в их препятствующих покрытиях) может уменьшить количество поверхностно-активного вещества, необходимое для стабильной эмульгификации., что, в свою очередь, минимизирует пенообразование во время обработки.

Даже когда достигается стабильная эмульсия, многие формуляторы борются с непоследовательным образованием пленки во время процесса сушки и отверждения.частицы полимера должны полностью слиться в непрерывную, бездефектная пленка при нанесении на субстрат и сушке.

Температура плавления (Tm) PHA является наиболее важным фактором.Испытания наших клиентов подтвердили, что более низкие степени температуры плавления (например, BP350 с Tm 138 ° C) значительно легче преобразовывать в стабильные эмульсии, которые формируют равномерныйПо сравнению с более высокой температурой плавления PHA, более низкие температуры плавления позволяют улучшить слияние частиц при стандартных температурах сушки покрытия.устранение отверстий и микротрещин, которые могут повлиять на производительность водяного барьера.

Мы также обнаружили, что физическая форма сырья играет решающую роль. ПХА порошок, а не гранулы, является оптимальной отправной точкой для производства эмульсии на водной основе.Смельчение гранул в порошок внутри компании увеличивает значительные затраты и может привести к изменению размера частиц от партии к партии., что напрямую влияет на стабильность эмульсии и образование пленки.Работа с поставщиком, который может предоставить предварительно обработанный порошок PHA, оптимизированный для применения эмульсии, полностью устраняет эту изменчивость.

Чтобы закрыть разрыв между результатами первоначальных испытаний и целями по 7 гсм Кобб, наш клиент исследовал химическую модификацию для улучшения гидрофобности эмульсии ПГА.Они задали критический вопрос: какие химические добавки могут реагировать с PHA, чтобы увеличить его гидрофобность в системе на водной основе?

Это область постоянных исследований и разработок в индустрии PHA, и мы узнали, что хотя существует значительный потенциал для химической модификации,имеются ограниченные коммерчески проверенные рекомендации для составителейИз наших консультаций с материалами PHA ученые, мы подтвердили, что в то время как P330 предлагает более высокую врожденную гидрофобность, 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.

Для разработчиков, которые хотят исследовать этот путь, наша главная рекомендация заключается в том, чтобы сотрудничать с поставщиком PHA на ранних этапах процесса разработки.Многие производители PHA могут предоставить специальные сополимерные сорта с встроенной гидрофобной модификацией, что обеспечивает более последовательную и предсказуемую производительность, чем модификация добавки после полимеризации в вашей формуле.

1. Начинайте с правильного уровня PHA для вашего заявления:Приоритетное значение отдают сортам, оптимизированным для применения в эмульсиях и покрытиях на водной основе, например, BP350 для легкой эмульгации и образования пленки или P330 для повышения врожденной гидрофобности.Избегайте использования промышленных общепринятых сортов PHA, которые не предназначены для использования в качестве покрытия.
2. Источник: предварительно обработанный порошок PHA:Устранить изменчивость от партии к партии и снизить затраты на производство, начиная с тонкого, равномерного порошка ПГА, а не измельчать гранулы внутри компании.Это обеспечивает последовательное распределение размеров частиц для стабильного производства эмульсии..
3. Оптимизировать формулировку эмульсии для минимизации использования поверхностно-активных веществ:Поработайте с поставщиком PHA, чтобы выбрать класс, который легко рассеивается в воде, уменьшая количество поверхностно-активного вещества, необходимого для стабилизации.Это позволит минимизировать пенообразование во время обработки и улучшить водостойкость конечного сушеного покрытия.
4. Процесс сушки должен соответствовать тепловым свойствам PHA:Убедитесь, что температура сушки линии покрытия и время пребывания оптимизированы для температуры плавления выбранного вами класса PHA, чтобы обеспечить полное слияние частиц и непрерывное,бездефектная барьерная пленка.
5. Партнерство с поставщиком для разработки на заказ:Если стандартные сорта не соответствуют вашим целям производительности, работайте с производителем PHA, чтобы изучить специальные сополимерные сорта или предварительно модифицированные материалы, которые обеспечивают необходимую вам гидрофобность,вместо того, чтобы полагаться на модификацию добавки после разработки.

В то время как PHA представляет уникальные технические проблемы в составе барьерного покрытия на водной основе, испытания нашего клиента ясно показывают, что эти проблемы не непреодолимы.С правильным выбором класса, оптимизированная обработка сырья и тесное сотрудничество с экспертами в области материаловедения,Формуляторы могут разрабатывать покрытия на основе PHA, которые отвечают строгим требованиям к производительности коммерческих упаковочных приложений, не посягая на устойчивость или биоразлагаемость.

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 demandingПоскольку промышленность продолжает совершенствовать сорта PHA специально для применения в покрытии и разрабатывать более эффективные методы гидрофобной модификации,мы ожидаем, что PHA станет отраслевым стандартом для устойчивого водонасыщения.

Если вы разрабатываете формулу для покрытия PHA на водной основе и нуждаетесь в поддержке при выборе правильного сорта, доступе к техническим данным или контакте с учеными-материалами PHA,свяжитесь с нашей командой сегодня. Для получения дополнительных сведений о выборе правильного класса PHA для вашего конкретного приложения,Проверьте наш полный справочник по сравнению оценок здесь.