Toužíte po nejnovější technologii modifikace biologicky odbouratelného plastu na bázi škrobu?
Od 30. a 40. let se plast stal čtvrtým hlavním novým typem základního materiálu po oceli, dřevu a cementu díky výhodám nízké hmotnosti, nízkých nákladů a silné plasticity. Výrobky z plastů pro všeobecné použití se likvidují ve velkém množství a výsledný&„bílé znečištění GG“; způsobil obrovský tlak na ekologické prostředí. Zároveň se nakonec vyčerpá ropa jako neobnovitelný zdroj.
Proto v posledních letech země po celém světě postupně vydávaly&„plastové limitní objednávky GG“; povzbuzovat odborníky a spotřebitele, aby používali zelené a ekologicky rozložitelné plasty prostřednictvím komplexních zákazů, dobrovolných dohod a dalších metod.
Druhy rozložitelných plastů
Polykaprolakton (PCL)
Kyselina polymléčná (PLA)
Polyvinylalkohol (PVA), polyhydroxy
Alkyl Ester (PHA)
škrob
Celulóza
Alginát sodný (SA)
Chitosan (CS)
Plastické hmoty na bázi bílkovin
Škrob je přírodní a obnovitelná polymerní sloučenina. Díky své hojnosti, snadné dostupnosti a nízké ceně je upřednostňován rozložitelnými plasty.
V současné době tvoří odbouratelné plasty na bázi škrobu asi 50% stávajících komerčně odbouratelných plastů a jsou široce používány ve fóliích na balení potravin, mulčovacích fóliích pro zemědělství, pěnových plastových krabičkách na oběd a na lešení pro lékařské kostní tkáně.
Ve srovnání s tradičními plasty jsou však mechanické vlastnosti a bariérové vlastnosti degradovatelných plastů na bázi škrobu výrazně sníženy a nelze je dále komerčně podporovat. 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.
Struktura a vlastnosti škrobu
Škrob je polymerní uhlohydrát vytvořený dehydratací a polymerací více molekul glukózy.
Škrob je široce přítomen v kořenech, hlízách, plodech a listech vyšších rostlin ve formě granulí. V současné době jsou hlavními plodinami, které produkují škrob, pšenice, kukuřice a brambory.
Škrob se skládá hlavně z amylózy a amylopektinu:
Amylóza je vysoce krystalická a může se rozpustit v horké vodě, aniž by se stala pastou;
Amylopektin je nerozpustný ve studené vodě, ale v horké vodě nabobtná na pastu.
Různé zdroje škrobu mají odlišný obsah složek a různé vlastnosti. Komplexní srovnání různých vlastností má bramborový škrob lepší antiregrese a transparentnost, nejlepší odolnost proti plísním, mechanické vlastnosti a odolnost proti vodě a je nejvhodnější pro přípravu membránových materiálů.
a) amylóza b) amylopektin
Porovnání složení a vlastností škrobů z různých zdrojů
Způsob zesíťování rozložitelného plastu na bázi škrobu
Zesíťování je proces, při kterém jsou lineární nebo rozvětvené polymerní řetězce spojeny kovalentními vazbami za vzniku síťového nebo objemového polymeru. 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.
01
Chemické zesíťování
Chemické zesíťování je reakce zesíťovacího činidla obsahujícího binární nebo více funkčních skupin s hydroxylovými skupinami na molekulách škrobu za vzniku skupin, jako jsou dietherové vazby nebo diesterové skupiny, čímž dochází k zesíťování více molekul škrobu za vzniku prostorové sítě Čtvercová struktura polymeru.
Běžně používanými síťovacími činidly jsou glutaraldehyd, epichlorhydrin (ECH), trimetafosfát sodný (STMP), kyselina citronová (CA) a kyselina jablečná. Vlastnosti odbouratelných plastů na bázi škrobu připravených různými síťovacími činidly jsou také odlišné.
Kyselina citronová
Zesítěný film s kyselinou adipovou má nejlepší propustnost světla a bariérové vlastnosti. Zesítěný film s kyselinou boritou má nejvyšší pevnost, zatímco zesítěný film CA má nejlepší flexibilitu; mikro-topografie ukazuje, že zesítěné filmy s kyselinou adipovou a boraxem jsou lepší než kyselina boritá. Zesítěný film má jednotnější strukturu a je vhodnější pro přípravu kompozitních filmů škrob / PHA.
Skenovací elektronový mikrofotografie každého vzorku
V posledních letech, s důraznou podporou koncepcí ochrany životního prostředí,&typu „CA“ typu „green GG“; netoxická zesíťovací činidla jsou mezi výzkumníky stále populárnější a stávají se hlavními zesíťovacími prostředky pro zesíťování degradovatelných plastů na bázi škrobu.
Rozložitelný plast na bázi škrobu
Podle doby přidání síťovacího činidla lze chemické síťování rozdělit na:
Zesíťování (tj. Přidání zesíťovacího činidla k reakci během formování polymeru)
Post-zesíťování (to znamená, že po vytvoření materiálu dochází k zesíťování mezi molekulami metodou namáčení roztoku zesíťovacího činidla).
Pokud nelze dosáhnout požadovaného stupně zesíťování pomocí zesíťování, lze zvážit následné zesíťování. Většina zesíťovacích reakcí se provádí v kapalině škrobové pasty a reakční teplota by měla dosáhnout želatinizační teploty škrobu.
02
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 fotosíťování za účelem přípravy degradovatelných 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 a 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
01
Voděodolnost
Odolnost proti vodě je jednou z důležitých podmínek pro testování aplikačních standardů biologicky odbouratelných membránových materiálů. Avšak v důsledku přirozené hydrofility škrobu mají filmové materiály na bázi škrobu obvykle silnější hydrofilnost a vyšší propustnost. Díky modifikaci zesíťování má škrob pevně spojenou trojrozměrnou síťovou strukturu, tyto sítě mohou 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.
Základní film škrobu
02
Mechanické chování
V každodenní výrobě a v životě musí mít obalové filmové materiály určitou pevnost a flexibilitu, aby si během zpracování zachovaly svoji integritu. Zesíťování vytváří mezimolekulární a intramolekulární spojení, prodlužuje molekulární řetězce škrobu a zvyšuje mezimolekulární interakce, což vede ke zvýšení pevnosti v tahu materiálu a ke 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 mezimolekulární a intramolekulární interakce a zvyšuje se pevnost v tahu, ale současně se omezuje také mezimolekulární prokluz, což vede ke snížení prodloužení při přetržení materiálu a vykazuje křehkost.
Škrob má extrémně silnou hydrofilnost. Pokud je obsah škrobu v systému příliš velký, bude mezimolekulární síla oslabena poté, co materiál absorbuje vodu, což výrazně snižuje pevnost materiálu v tahu.
Kromě stupně zesíťování a obsahu škrobu má relativní vlhkost také větší vliv na mechanické vlastnosti rozložitelných plastů na bázi škrobu. Když je relativní vlhkost 40%, jsou mechanické vlastnosti desek na bázi škrobu nejlepší. Příliš nízká relativní vlhkost může způsobit, že je materiál křehký a po roztažení se rozpadne na kousky; když je relativní vlhkost 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. Když je obsah oxidované sacharózy 5% hmotn., Obsah glycerolu je 15% hmotn., Doba vytvrzování je 5 minut a teplota vytvrzování je 180 ° C, jsou mechanické vlastnosti škrobového filmu optimální (pevnost v tahu je 23 MPa, prodloužení při přetržení je 60%).
Když je doba vytvrzování krátká, zesítění nestačí k vytvoření sítě mezi molekulami škrobu a intermolekulární interakce je slabá. Pokud je doba vytvrzování příliš dlouhá, dojde ke zničení kostry škrobu, což povede ke snížení pevnosti v tahu a prodloužení při přetržení. Současně zesíťování vyžaduje dostatečně vysokou teplotu vytvrzování, aby bylo zajištěno účinné odstranění molekul vody ze zesíťovacího reakčního systému.
Plastické suroviny na bázi škrobu
Přidané množství změkčovadla by nemělo být příliš velké. Propustnost škrobového filmu se zvyšuje se zvyšováním koncentrace změkčovadla, ale když jeho koncentrace překročí kritický limit, dojde k fázové separaci. Některá zesíťovací činidla mohou navíc ve filmových materiálech na bázi škrobu současně fungovat jako zesíťovací činidla a změkčovadla.
CA má takový obousměrný účinek. Když obsah CA překročí 10% hmotn., Přebytek CA působí jako změkčovadlo, což má za následek snížení pevnosti v tahu a zvýšení prodloužení při přetržení. Zvýšení obsahu CA v PVA / škrobových kompozitech z 5% hmotn. Na 30% hmotn. Významně nesnížilo pevnost v tahu, ale prodloužení při přetržení se významně zvýšilo. Kombinovaný účinek zesíťování a plastifikace vede ke složitým změnám výkonu materiálů na bázi škrobu. U tohoto typu zesíťovacího činidla může vhodné přídavné množství zlepšit výkon odbouratelných plastů na bázi škrobu a příliš mnoho bude působit jako plastifikátor, což nepříznivě ovlivní výkonnost materiálu.
03
Rozložitelnost
Rozložitelnost je největší výhodou materiálů na bázi škrobu. Biologický rozklad škrobových materiálů je obvykle způsoben biologickou aktivitou 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 a vylučování enzymů, což snižuje pevnost materiálu. Plast a sůl kovu v půdě podléhají autooxidaci za vzniku peroxidů, které podporují rozbíjení polymerních molekulárních řetězců a stávají se nízkomolekulárními látkami. , Který se stává H2O a CO2.
Degradace kompostu
Metoda kompostování využívá mikroorganismy k řízení přeměny rozložitelné organické hmoty v tuhém odpadu na stabilní humus, H2O a CO2 za podmínek kyslíku.
Zesíťování zvyšuje sílu intermolekulární a intramolekulární interakce 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.
Hloubka pohřbu nemá žádný zjevný vliv na rychlost degradace filmu; míra úbytku hmotnosti filmu do 15 dnů je 48,70%, což má perfektní biologickou rozložitelnost.
Množství CO2 uvolněného v systému kompostování půdy charakterizuje odbouratelnost CA zesítěných bioplastů škrobu s vysokým obsahem amylózy ječmene. Rychlost degradace plastů je do 20 dnů relativně vysoká a po 20 dnech významně klesá. Po 100 dnech je rychlost degradace stejná jako referenční rychlost půdy a materiál je zcela degradován. Současně bylo zjištěno, že rychlost degradace zesítěných degradovatelných plastů na bázi škrobu byla mnohem pomalejší než rychlost degradace škrobových granulí.
Modifikovaná slupka ječmene zvyšuje degradaci kompozitního filmu zesítěného PVA / škrob v přírodním půdním prostředí. Výsledky této studie ukazují, že rychlost úbytku hmotnosti zesítěného PVA / zesítěného škrobového filmu je nižší než u PVA / škrobového filmu. Kompozitní film z přírodní ječmenné slupky / PVA / zesítěného škrobu má nejvyšší míru degradace a míra úbytku hmotnosti po 120 dnech je 33%, protože přítomnost přírodní ječmenné slupky v kompozitním materiálu může absorbovat více vody.
Metoda modifikace zesítěného odbouratelného 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 nedosahuje standardů obecných plastů. Proto je nutné jej dále upravovat, včetně míchání s jinými polymerními materiály, vylepšování nanomateriálů, vícenásobné úpravy, nanášení hydrofobního povlaku atd.
01
Modifikace míchání přírodních polymerů
Glukomanan se strukturou sítě může bránit usazování škrobu a je prospěšný pro zlepšení kompatibility systému míchání. Poté se do systému přidá vhodné množství PVA, které se smíchá. PVA poskytuje filmu lepší odolnost proti vodě a mechanické vlastnosti, ale kompatibilita systému se zhoršuje.
Transglutamináza byla přidána ke směsi glycerol-plastifikovaného ságo škrobu / rybí želatiny a byl připraven vodě odolný a flexibilní film na bázi škrobu zesítěním enzymu s aminoskupinami v proteinu. WVP modifikovaného filmu se snižuje, prodlužování při přetržení se zvyšuje a pevnost v tahu klesá.
Glutaraldehyd
Použitím glutaraldehydu jako síťovacího činidla byla metodou lití připravena bramborová / CS kompozitní zesítěná fólie s lepší odolností proti vodě. Zároveň společnost CS dala filmu jedinečné antibakteriální vlastnosti, díky čemuž byl dostupný v oblasti biomedicíny nebo konzervování potravin. široce užívaný.
Ve srovnání s filmy na bázi čistého škrobu se zlepšily vlastnosti filmů 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.
02
Modifikace směsi rozložitelného polyesteru
Míchání škrobu s rozložitelným polyesterem pomocí vynikajících mechanických vlastností a odolnosti proti vodě z polyesteru&# 39 může účinně nahradit nedostatek škrobového filmu z hlediska výkonu. 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 se připraví lisováním za tepla. Hydroxylové skupiny na molekulách škrobu jsou zesítěny molekulami ECH za vzniku etherových skupin, čímž se mění hydrofilnost škrobu. Zesíťování a plastifikační modifikace škrobu zlepšuje jeho kompatibilitu s PLA a zvyšuje jeho mechanické vlastnosti.
Když je poměr obsahu škrobu / PVA / CA 3: 3: 0,08, má směsný film nejlepší celkový výkon; absorpce vody ve směsi je 54,31krát větší, než je jeho vlastní hmotnost, a mechanická pevnost v tahu je 46,45 MPa.
Díky přidání PVA má film silnou antibakteriální aktivitu proti patogenním bakteriím Listeria a Escherichia coli přenášeným potravinami.
Výsledky testů balení čerstvých fíků ukazují, že ternární kompozitní film dopovaný CA má propustnost pro vodní páru, může účinně zabránit hnilobě ovoce a zamlžení povrchu a má vysokou retenci vody a odolnost proti vodě.
Tato fólie má velký potenciál v anti-mlhových obalových fóliích a v aktivních aplikacích pro balení potravin pro balení vysoce propustných čerstvých zemědělských produktů.
CA odlévaný kompozitní film PVA / škrob, který lze aplikovat na obvazy na rány, byl připraven metodou odlévání. Ve srovnání s podobnými plastovými fóliemi pro balení má připravená kompozitní fólie PVA / škrob větší flexibilitu, nižší modul pružnosti, vyšší rozpustnost a index bobtnání a vynikající rychlost degradace in vitro a antibakteriální vlastnosti, což je vynikající obvazový materiál.
03
Modifikace vyztužená nano výplní
Kromě rozložitelného polyesteru jsou celulóza a nanočástice také plniva běžně používaná v posledních letech ke studiu mechanických vlastností rozložitelných plastů na bázi škrobu.
Celulózová nanovlákna (CNF) a celulózové nanokrystaly (CNC) mají lepší zesilující účinek na škrobový film a CNF mají lepší zesilovací účinky než CNC. To je způsobeno hlavně skutečností, že celulóza i škrob jsou polysacharidy a oba mají podobné struktury a mezi hydroxylovými skupinami se snadno vytvářejí silné vodíkové vazby, což vede k extrémně silné mezifázové adhezi.
Celulózové nanovlákno
CNC mají jehličkovitou morfologii s vysokou krystalinitou; zatímco CNF mají síťovou strukturu s větším poměrem stran, vyšším stupněm zapletení se škrobem a většími mezimolekulárními interakcemi. Toto silné rozhraní Zlepšuje mechanické vlastnosti filmových materiálů na bázi škrobu.
Voskovitý kukuřičný škrob byl smíchán s mikro / nanocelulózou (MFC) a odléváním byly připraveny kompozity zesítěného škrobu na bázi 1,2,3,4-butanetetrakarboxylové kyseliny.
Zesítěná fólie s obsahem MFC 15% hmotn. Bez použití jakéhokoli změkčovadla
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/