Rozložitelné plasty

Interpretace rozložitelných plastů na bázi škrobu: zesíťování a modifikace

Úvod: Škrob je přírodní a obnovitelná polymerní sloučenina. Kvůli svému množství, snadné dostupnosti a nízké ceně je škrob široce používán při výzkumu rozložitelných plastů. V současné době tvoří biologicky odbouratelné plasty na bázi škrobu přibližně 50% stávajících komerčních biologicky odbouratelných plastů a byly použity ve fóliích na balení potravin, v mulčovacích fóliích pro zemědělství, v pěnových obalech z pěnového plastu a na lešení pro lékařské kostní tkáně 41. vzhledem k molekulární struktuře škrobu je špatná zpracovatelnost samotného škrobu. Ve srovnání s tradičními plasty jsou mechanické vlastnosti a bariérové ​​vlastnosti degradovatelných plastů na bázi škrobu výrazně sníženy a nelze je dále komerčně propagovat. Fyzikální nebo chemická modifikace škrobu je proto velmi důležitá. Zesíťování je jednou z hlavních metod modifikace škrobu. Těsně propojená trojrozměrná síťová struktura vytvořená zesíťováním zvyšuje mezimolekulární interakci, čímž se získá rozložitelný materiál s dobrou tepelnou odolností, odolností proti vodě, vysokou pevností a pružností.

obraz

Způsob zesíťování rozložitelného plastu na bázi škrobu

Zesíťování je proces spojování lineárních nebo rozvětvených polymerních řetězců do síťovaného polymeru vytvořením kovalentních vazeb. Podle různých metod zesíťování lze zesítěné rozložitelné plasty na bázi škrobu rozdělit na chemicky zesítěné rozložitelné plasty na bázi škrobu a foto-zesítěné rozložitelné plasty na bázi škrobu.

1

Chemické zesíťování

Chemické zesíťování je reakce zesíťovacího činidla obsahujícího binární nebo více funkčních skupin s hydroxylovými skupinami na molekule škrobu za vzniku skupin, jako jsou dietherové vazby nebo diesterové skupiny, čímž dochází k zesíťování více molekul škrobu za vzniku prostorové sítě Metoda strukturního polymeru. Běžně používanými zesíťovacími činidly jsou glutaraldehyd, epichlorhydrin (ECH), trimetafosfát sodný (STMP), kyselina citrónová (CA) a kyselina jablečná. Vlastnosti odbouratelných plastů na bázi škrobu připravených s různými síťovacími činidly jsou také odlišné.

V posledních letech, s důraznou podporou koncepcí ochrany životního prostředí, „typ &„ zelený “&„; netoxická zesíťovací činidla jsou mezi výzkumníky stále populárnější a stávají se hlavními zesíťovacími prostředky pro zesíťování rozložitelných plastů na bázi škrobu. Podle doby, kdy je přidáno zesíťovací činidlo, lze chemické zesíťování rozdělit na zesíťování (tj. Zesíťovací činidlo se přidává k reakci během procesu formování polymeru) a následné zesíťování (tj. Po vytvoření materiálu impregnované roztokem síťovacího činidla) Způsob způsobuje zesítění mezi molekulami).

2

Fotosíťování

Síťování pomocí fotosíťování je způsob přidání fotosenzibilizátoru do škrobového systému, aby se rozložil na volné radikály při ozáření ultrafialovým světlem (UV), a pomocí fotosenzibilizátoru polymeruje hydroxylové skupiny ve škrobu k zesíťování molekul škrobu. . Při zesíťování za účelem přípravy rozložitelných plastů na bázi škrobu jsou dávka záření a koncentrace fotosenzibilizátoru nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími stupeň zesíťování materiálu. Ve srovnání s chemickou metodou zesíťování nevyžaduje metoda foto-zesíťování hydrotermální zařízení a zesíťovací činidla, je bezpečnější a šetrnější k životnímu prostředí, je snadno ovladatelná a reakce se snadno řídí. Lze jej přizpůsobit kontinuální výrobě materiálů ve velkém měřítku a je vhodný pro biologické hydrogely. , Příprava materiálů pro dodávání léků atd.

Vliv síťování na vlastnosti rozložitelných plastů na bázi škrobu

1

Voděodolnost

Odolnost proti vodě je jednou z důležitých podmínek pro testování aplikačních standardů biologicky odbouratelných membránových materiálů. Avšak v důsledku přirozené hydrofility škrobu vykazují filmové materiály na bázi škrobu obecně silnější hydrofilnost a vyšší propustnost. Díky modifikaci zesíťování má škrob pevně spojenou trojrozměrnou síťovou strukturu, která může účinně zabránit vstupu a migraci molekul vody. Absorpce vody, bobtnání a rychlost přenosu vodní páry (WVP) se často používají k charakterizaci odolnosti materiálů na bázi škrobu proti vodě.

2

Mechanické chování

V každodenní výrobě a v životě musí mít obalové filmové materiály určitou pevnost a flexibilitu, aby si během zpracování zachovaly integritu. Zesíťování vytváří mezimolekulární a intramolekulární spojení, prodlužuje molekulární řetězce škrobu, zvyšuje mezimolekulární interakce a vede ke zvýšení pevnosti v tahu materiálu a snížení prodloužení při přetržení. Obecně řečeno, přidání malého množství síťovacího činidla může splnit výkonnostní požadavky produktu. Když je stupeň zesíťování nízký, zvyšuje se délka molekul škrobu dostupných pro klouzání. S neustálým zvyšováním stupně zesíťování se zlepšují intermolekulární a intramolekulární interakce a zvyšuje se pevnost v tahu, ale zároveň se omezuje také mezimolekulární prokluz, což vede ke snížení prodloužení při přetržení materiálu a křehkost. Škrob má silnou hydrofilnost. Pokud je v systému příliš mnoho škrobu, bude mezimolekulární síla oslabena poté, co materiál absorbuje vodu, což výrazně snižuje pevnost materiálu v tahu. Kromě stupně zesíťování a obsahu škrobu má RH také větší dopad na mechanické vlastnosti rozložitelných plastů na bázi škrobu. Když je RH 40%, jsou mechanické vlastnosti plechu na bázi škrobu nejlepší. Příliš nízká relativní vlhkost může způsobit, že je materiál křehký a po roztažení se rozpadne na kousky; když je RH příliš vysoká, vstupuje velké množství molekul vody do plastické fólie jako změkčovadlo a pevnost v tahu klesá. Doba vytvrzování a teplota vytvrzování jsou také důležitými faktory ovlivňujícími jeho mechanické vlastnosti.

3

Rozložitelnost

Rozložitelnost je největší výhodou materiálů na bázi škrobu. Biodegradace škrobových materiálů je obvykle způsobena biologickými aktivitami hub, bakterií a jiných mikroorganismů za přírodních podmínek, jako je půda, nebo za určitých specifických podmínek, jako jsou podmínky kompostování nebo ve vodných kultivačních roztocích. Metoda pohřbívání půdy využívá mikroorganismy k erozi škrobu v něm a vylučování enzymů, což snižuje pevnost materiálu. Plast a sůl kovu v půdě podléhají autooxidaci za vzniku peroxidů, které podporují prasknutí molekulárních řetězců polymeru a stávají se nízkomolekulárními látkami. , Který se stává H2O a CO2. Metoda kompostování využívá mikroorganismy k řízení přeměny rozložitelné organické hmoty v tuhém odpadu na stabilní humus, H2O a CO2 za podmínek kyslíku. Zesíťování zvyšuje intermolekulární a intramolekulární interakční sílu a snižuje rychlost degradace materiálu. Za normálních okolností stupeň degradace rozložitelných plastů na bázi škrobu pozitivně koreluje s obsahem škrobu a dobou zakopávání půdy a rychlost degradace pozitivně koreluje s obsahem škrobu, vlhkostí prostředí, stupněm zesíťování a obsahem plastifikátoru.

Metoda modifikace zesítěného rozložitelného plastu na bázi škrobu

Díky kompaktní trojrozměrné síťové struktuře vytvořené zesíťováním se do určité míry zlepšila výkonnost zesítěných rozložitelných plastů na bázi škrobu, ale stále nesplňuje standardy obecných plastů. Proto je nutné jej dále upravovat, včetně míchání s jinými polymerními materiály, vylepšování nanomateriálů, vícenásobné úpravy, nanášení hydrofobního povlaku atd.

1

Modifikace míchání přírodních polymerů

Geng Shengrong a další použili STMP k zesíťování systému míchání prášku škrobu a konjacu a připravili rozložitelnou směsnou fólii s dobrou odolností proti vodě a mechanickými vlastnostmi metodou formování licí fólie. Výsledky této studie ukazují, že glukomanan se síťovou strukturou může inhibovat usazování škrobu a je prospěšný pro zlepšení kompatibility systému směsi. Poté se do systému přidá vhodné množství PVA, které se smíchá. PVA poskytuje fólii lepší odolnost proti vodě a mechanické vlastnosti, ale kompatibilita systému se zhoršuje. Li a kol. použil glutaraldehyd jako síťovací činidlo pro přípravu bramborového / CS kompozitního zesítěného filmu s lepší odolností proti vodě metodou lití. Současně společnost CS dala filmu jedinečné antibakteriální vlastnosti, které mu umožnily použití v biomedicíně nebo konzervování potravin. Pole je široce využíváno. Ve srovnání s fóliemi na bázi čistého škrobu se zlepšují vlastnosti fólií na bázi škrobu, které jsou smíchány a zesítěny s jinými biopolymery. Současně mohou jiné biomateriály přinést filmům na bázi škrobu také některé další vlastnosti. Tato metoda má připravit Nový trend nových membránových materiálů na bázi škrobu.

2

Směsná úprava rozložitelného polyesteru

Míchání škrobu s rozložitelným polyesterem pomocí vynikajících mechanických vlastností a odolnosti proti vodě z polyesteru&# 39 může účinně napravit nedostatek účinnosti škrobových filmů. U míchacích systémů je kompatibilita více látek důležitým faktorem ovlivňujícím mechanické vlastnosti materiálů. ECH a glycerin se používají k modifikaci škrobu a poté se modifikovaný škrob smísí s PLA a film může být připraven procesem lisování za tepla. Hydroxylové skupiny na molekulách škrobu jsou zesítěny molekulami ECH za vzniku etherových skupin, čímž se mění hydrofilnost škrobu. Výsledky ukazují, že zesíťování a plastifikační modifikace škrobu zlepšuje jeho kompatibilitu s PLA a zvyšuje jeho mechanické vlastnosti. Ternární směsný film může být připraven s různými poměry škrobu / PVA / CA.

3

Modifikace vyztužená nano výplní

Kromě rozložitelných polyesterů jsou celulóza a nanočástice také plniva běžně používaná v posledních letech ke studiu mechanických vlastností rozložitelných plastů na bázi škrobu. Studie Balakrishnan et al. prokázali, že celulózová nanovlákna (CNF) a celulózové nanokrystaly (CNC) mají lepší zesilovací účinek na škrobové membrány a CNF mají lepší zesilovací účinky než CNC. To je způsobeno hlavně skutečností, že celulóza i škrob jsou oba polysacharidy a oba mají podobné struktury a mezi hydroxylovými skupinami se snadno tvoří silné vodíkové vazby, což vede k extrémně silné mezifázové adhezi. CNC mají jehličkovitou morfologii s vysokou krystalinitou; zatímco CNF mají síťovou strukturu s velkým poměrem stran, vysokou mírou zapletení se škrobem a větší interakcí mezi molekulami. Zlepšuje mechanické vlastnosti filmových materiálů na bázi škrobu.

4

Hydrofobní úprava povlaku

Za účelem zlepšení odolnosti filmu na bázi škrobu proti vodě může být také povrchově upraven, například potažením hydrofobním potahem. Namočte připravený film z pšeničného lepku a misku s pěnivým škrobem do roztoku triacetát-dichlormethan. Pomalá těkavost rozpouštědla vytvoří na povrchu materiálu potahový film. Triacetátový škrobový povlak výrazně zvyšuje odolnost materiálu proti vodě. Při použití PLA jako suroviny pro potahování pěny na bázi škrobu má PLA povlak špatnou kompatibilitu s pěnou, ale stále zlepšuje hustotu, pevnost v tahu a rázovou pevnost pěny.

5

Vícenásobná chemická modifikace

Výkonnost zesítěných filmových materiálů na bázi škrobu připravených komplexním použitím více metod modifikace je lepší než u jednoho zesítěného modifikovaného škrobového filmu. Vícenásobné chemické modifikace jsou hlavním trendem ke zlepšení výkonnosti odbouratelných filmů na bázi škrobu. Když se zesítěný oxidovaný škrobový film (film C-OS) a oxidovaný zesítěný film škrobu (film O-CS) připraví příslušně s peroxidem vodíku a kyselinou boritou, film O-CS má více výhod díky částečnému degradace molekul škrobu v důsledku první oxidace. Vysoká hydrofilnost činí film pružnějším; Film C_OS má vyšší stupeň zesíťování díky prvnímu zesíťování a film má lepší odolnost proti vodě a pevnost. Hydrofobní a lipofilní kompozitní polyol plastifikovaný modifikovaný škrob byl připraven postupným zesítěním STMP, povrchovou úpravou hlinitanovým vazebným činidlem a plastifikátorem směsného plastifikátoru na kukuřičném škrobu a poté smícháním s PCL a jeho kalandrováním do filmu, hydrofobnost filmu může být výrazně vylepšena. Sukhija et al. použil STMP jako síťovací činidlo a chlornan sodný jako oxidační činidlo k přípravě zesítěného oxidovaného dvojitě modifikovaného lotosového kořenového škrobu, smíchal jej s koncentrovaným syrovátkovým proteinem, glycerinem a slupkami jitrocele a připravil metodou lití. Získá se film na bázi škrobu a výrazně se zlepší tepelná stabilita, mechanické vlastnosti a odolnost filmu proti vodě. Vícenásobná modifikace nejen zlepšuje výkonnost materiálu, ale také zvyšuje výrobní náklady na materiály na bázi škrobu. Proto je výběr menšího počtu metod modifikace pro získání lepšího výkonu zaměřen na budoucí výzkum degradovatelných plastů na bázi škrobu.

Směr budoucího vývoje zesítěných rozložitelných plastů na bázi škrobu

Použití zesítěných rozložitelných plastů na bázi škrobu je jednou z důležitých metod ke zmírnění problému&"bílé &"; znečištění. Po letech výzkumu a vývoje však materiál dosud nebyl masově vyráběn a používán, zejména kvůli jeho ceně a výkonu. Plně zesítěný odbouratelný plast na bázi škrobu má vynikající degradační vlastnosti, ale jeho mechanické vlastnosti a odolnost proti vodě je obtížné dosáhnout standardů běžných plastů. K získání plně rozložitelných plastů na bázi škrobu, které splňují požadavky na použití, nestačí jednoduchá zesíťovací modifikace škrobu. Toho musí být dosaženo komplexním použitím komplexních metod modifikace nebo smícháním s polyesterem. Výsledné vysoké náklady nevyhnutelně znemožní komerční propagaci materiálů. V současné době je cena zesítěných plně rozložitelných plastů na bázi škrobu vyráběných na trhu 4–10krát vyšší než u plastů pro všeobecné použití. Používají se hlavně při outsourcingu a balení některých špičkových kosmetických přípravků a některých zdravotnických potřeb (jako jsou chirurgické stehy a tobolky pro uvolňování léků). ).

Škrob je však jednou z nejkonkurenceschopnějších surovin pro bioplasty a má široké vyhlídky na uplatnění ve strategiích udržitelného rozvoje. V současné době jsou plasty se směsí škrobu rozložitelné na škrobu nejzralejší a plně rozložitelné výrobky na trhu. V budoucnu by se vědci měli věnovat vývoji levných a vysoce výkonných odbouratelných plastů na bázi škrobu. Existují hlavně následující směry výzkumu:

1. V procesu modifikace by měly být použity bezpečné a ekologické modifikační metody a co nejvíce by se měly používat zelené přísady a přísady bez znečištění, aby se usnadnila jejich degradace nebo kompostování.

2. U směsných rozložitelných plastů na bázi škrobu by mělo být množství použitého škrobu co nejvíce zvýšeno za předpokladu splnění výkonnostních požadavků, aby se snížily výrobní náklady materiálu; zároveň by směsi měly mít dobrou kompatibilitu, aby získaly vynikající mechanické vlastnosti.

3. Zavést nové materiály, které poskytnou degradovatelným plastům na bázi škrobu multifunkční vlastnosti, jako je přidání chitosanu, PVA atd., Aby škrobové materiály získaly antibakteriální vlastnosti, přidání kalafuny atd., Aby materiály na bázi škrobu získaly ultrafialové vlastnosti, aby rozšířit uplatnění na trhu s odbouratelnými plasty na bázi škrobu.

4. Vyvinout nové procesy ke snížení spotřeby energie při výrobě materiálů, jako je použití vylepšených metod formování, metod vytlačování vyfukováním atd. Místo metod odlévání fólií na podporu komerční kontinuální hromadné výroby rozložitelných plastů na bázi škrobu .

Nabízíme patentovaný plně biologicky odbouratelný film a sáček PVA, všechny produkty jsou vyráběny odlévacím zařízením, liší se od tradičních produktů vyfukování, všechny produkty vyfukování jsou plně biologicky nerozložitelné. Můžeme vyrábět pva fólie a sáčky v plně průhledných a různých barvách. a PVA fólie je hladší než tradiční výrobky pro vyfukování.

Nabízíme také organický materiál, plně biologicky odbouratelný film a tašky s patentovanou surovinou a výrobním procesem.

Pro více PVA fólií a sáčků nás prosím navštivte:

http://www.joyful-printing.net/pva-bag/

http://www.joyful-printing.com/pva-bag/