À medida que se acelera o esforço global para obter embalagens e materiais de barreira totalmente biodegradáveis, o polihidroxialcanoato (PHA) emergiu como uma das principais alternativas sustentáveis aos revestimentos à base de petróleo.A sua biodegradabilidade inerente, a sua biocompatibilidade e as suas excelentes propriedades de formação de película tornam-na uma candidata ideal para aplicações de revestimento de barreira à base de água, mas traduzindo o potencial em escala de laboratório em escala comercial,As formulações de alto desempenho apresentam obstáculos técnicos significativos.

Nos últimos 6 meses, trabalhamos em estreita colaboração com um cliente de fabricação corporativa no exterior para enfrentar estes desafios de frente,como eles desenvolveram uma emulsão de PHA à base de água para revestimentos de barreira sustentáveisNeste post, estamos compartilhando os principais pontos de dificuldade técnica que eles encontraram durante os testes do mundo real, os insights que ganhamos de parceria com cientistas de materiais da PHA,e as soluções acionáveis que exploramos para aproximar a sua formulação da viabilidade comercial.

O objectivo do nosso cliente era simples, mas ambicioso: desenvolver uma emulsão de PHA à base de água que ofereça um desempenho robusto de barreira à água para aplicações sustentáveis de embalagens,com um objetivo de desempenho rigoroso de um valor Cobb de água quente de 3 minutos de ~ 7 gsmEsta métrica é o padrão de ouro para o desempenho de barreira à água em aplicações de revestimento, uma vez que mede a quantidade de água absorvida pelo substrato revestido durante um período de tempo definido.Quanto melhor a barreira de água.

Eles começaram seus testes com dois graus de PHA amplamente disponíveis no mercado, ambos comumente comercializados para aplicações de revestimento.A hidrofilicidade inerente a estas qualidades resultou num valor Cobb de água quente de 3 minutos de ~ 41 gsm, quase 6 vezes superior ao seu limiar de desempenho.

Esta diferença entre o desempenho esperado e o real é algo que vemos uma e outra vez com formuladores novos para o PHA.Transformando esse desempenho num nível estávelA emulsão à base de água de alto desempenho requer uma compreensão profunda da estrutura química do material, das propriedades específicas do grau e das interações da formulação.

Através dos testes dos nossos clientes e da nossa colaboração com a equipa de ciência de materiais da BluePHA,Identificamos quatro desafios técnicos principais que os formuladores devem abordar ao trabalhar com PHA em sistemas de revestimento de barreira à base de água.

O maior obstáculo para alcançar o desempenho do valor Cobb alvo é a hidroflicidade inerente de muitos tipos padrão de PHA quando processados em emulsões à base de água.Enquanto o próprio polímero PHA é hidrofóbico, o processo de emulsificação requer a adição de tensioativos e estabilizadores que podem aumentar a sensibilidade à água do revestimento seco final.

Através das nossas discussões com cientistas de materiais, confirmámos que nem todos os graus de PHA são iguais quando se trata de desempenho hidrofóbico.Os testes dos nossos clientes revelaram que o PHA P330 oferece uma hidrofobidade inerente significativamente mais elevada em comparação com outros tipos padrão, graças à sua estrutura única de cadeia de polímero e à temperatura de transição do vidro (Tg) de 1 °C, que influenciam a formação de filme e a coalescência no revestimento final.

Aprendemos também que os métodos de processamento das matérias-primas são diretamente influenciados pelas necessidades de emulsão do utilizador final.A polimerização e o pós-processamento do pó de PHA podem ser adaptados para melhorar a hidrofobidade nos sistemas de emulsão, um detalhe crítico que muitos fornecedores de PHA genéricos ignoram..

Um segundo desafio inesperado que o nosso cliente encontrou foi a espuma persistente durante o processo de conversão da emulsão.31, 23,03% de teor de sólidos, viscosidade 1355 cP a 40°C com um grau de PHA de 138°C) desenvolveu espuma significativa durante o processamento de corte elevado, o que levou à aplicação de revestimento inconsistente,Defeitos de buraco de alfinete no filme seco, e redução do desempenho da barreira.

Este é um problema comum com emulsões de PHA à base de água, já que os surfactantes necessários para estabilizar o polímero na fase aquosa também tendem a estabilizar bolhas de ar durante a mistura e o processamento.Através das nossas consultas técnicas, identificamos que a seleção de um grau de PHA otimizado para a dispersão à base de água (como BP350,uma classe já utilizada por líderes mundiais de produtos químicos especializados como Kemira nas suas formulações de revestimento de barreira) pode reduzir a quantidade de surfactante necessária para a emulsificação estável, minimizando a espuma durante o processamento.

Mesmo quando uma emulsão estável é alcançada, muitos formuladores lutam com a formação de filme inconsistente durante o processo de secagem e curado.As partículas do polímero devem fundir-se completamente num conjunto contínuo, filme livre de defeitos quando aplicado num substrato e seco.

A temperatura de fusão (Tm) do grau PHA é o fator mais crítico.Os testes realizados pelos nossos clientes confirmaram que os níveis de ponto de fusão mais baixos (como o BP350 com um Tm de 138°C) são significativamente mais fáceis de converter em emulsões estáveis que formam uma forma uniforme, filmes livres de defeitos, em comparação com os níveis de PHA de ponto de fusão mais elevados.eliminação de buracos de pinho e micro-fissuras que comprometem o desempenho da barreira de água.

Descobrimos também que a forma física da matéria-prima desempenha um papel fundamental. O pó de PHA, em vez de grânulos, é o ponto de partida ideal para a produção de emulsões à base de água.A moagem interna de grânulos em pó acrescenta custos significativos e pode introduzir variabilidade de lote para lote no tamanho das partículas, o que afecta directamente a estabilidade da emulsão e a formação de filme.Trabalhar com um fornecedor que possa fornecer pó de PHA pré-processado otimizado para aplicações em emulsão elimina esta variabilidade inteiramente.

Para fechar a diferença entre os resultados dos testes iniciais e o valor de 7 gsm Cobb, o nosso cliente explorou a modificação química para melhorar a hidrofobidade da emulsão de PHA.Eles fizeram uma pergunta crítica.: que aditivos químicos podem reagir com o PHA para aumentar a sua hidrofobidade num sistema à base de água?

Esta é uma área de pesquisa e desenvolvimento em curso na indústria PHA, e aprendemos que, embora haja um potencial significativo para modificação química,existem orientações comercialmente validadas limitadas para os formuladoresA partir das nossas consultas com cientistas de materiais da PHA, confirmámos que, embora o P330 ofereça maior hidrofobidade inerente, 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.

Para os formuladores que desejam explorar este caminho, a nossa principal recomendação é fazer parceria com o seu fornecedor de PHA no início do processo de desenvolvimento.Muitos fabricantes de PHA podem fornecer classes de copolímero personalizadas com modificação hidrofóbica incorporada, que proporciona um desempenho mais consistente e previsível do que a modificação aditiva pós-polimerização na sua formulação.

1. Comece com o grau de PHA adequado para a sua aplicação:Priorizar as qualidades otimizadas para aplicações em emulsões e revestimentos à base de água, tais como BP350 para uma fácil emulsificação e formação de filme, ou P330 para uma maior hidrofobidade inerente.Evitar os tipos industriais genéricos de PHA não concebidos para casos de utilização de revestimento.
2. Fonte pó de PHA pré-processado:Eliminar a variabilidade de lote para lote e reduzir os custos de produção, começando com pó de PHA fino e uniforme, em vez de moer os grânulos internamente.Isto garante uma distribuição consistente do tamanho das partículas para uma produção estável de emulsão..
3. Otimizar a formulação da emulsão para minimizar o uso de surfactantes:Trabalhe com seu fornecedor de PHA para selecionar um grau que se disperse facilmente na água, reduzindo a quantidade de surfactante necessária para estabilização.Isto minimizará a espuma durante o processamento e melhorará a resistência à água do revestimento seco final.
4. Alinhe o seu processo de secagem com as propriedades térmicas do grau PHA:Assegure-se de que a temperatura de secagem e o tempo de permanência da sua linha de revestimento sejam otimizados para a temperatura de fusão do grau de PHA selecionado, para permitir a coalescência completa de partículas e umafilme de barreira sem defeitos.
5. Parceria com o seu fornecedor para desenvolvimento personalizado:Se as qualidades padrão não atenderem às suas metas de desempenho, trabalhe com o seu fabricante de PHA para explorar qualidades de copolímero personalizadas ou materiais pré-modificados que forneçam a hidrofobidade necessária,em vez de depender de modificação aditiva pós-formulação.

Embora a PHA apresente desafios técnicos únicos em formulações de revestimento de barreira à base de água, a viagem de testes do nosso cliente deixa claro que esses desafios não são insuperáveis.Com a escolha certa, o processamento de matérias-primas otimizado e uma estreita colaboração com especialistas em ciência dos materiais,Os formuladores podem desenvolver revestimentos à base de PHA que cumpram os rigorosos requisitos de desempenho das aplicações comerciais de embalagens sem comprometer a sustentabilidade ou a biodegradabilidade.

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 demandingÀ medida que a indústria continua a aperfeiçoar as qualidades de PHA especificamente para aplicações de revestimento e a desenvolver técnicas de modificação hidrofóbicas mais eficazes,Esperamos ver o PHA tornar-se o padrão da indústria para revestimentos de barreira sustentáveis à base de água.

Se estiver a desenvolver uma formulação de revestimento PHA à base de água e precisar de apoio para escolher a qualidade certa, aceder a dados técnicos ou contactar cientistas de materiais PHA,Entre em contato com a nossa equipa hojePara mais informações sobre a selecção do grau de PHA adequado para a sua aplicação específica,Confira o nosso guia completo de comparação de notas aqui.