Інтерпретація пластмас, що розкладаються на основі крохмалю: зшивання та модифікація
Вступ: Крохмаль - це природна та відновлювана полімерна сполука. Через свою велику кількість, легку доступність та низьку ціну крохмаль широко застосовується у дослідженнях пластмас, що розкладаються. В даний час на біологічно розкладаються пластмаси на основі крохмалю припадає близько 50% існуючих комерційних біорозкладаних пластмас, і вони використовуються у пакувальних плівках для харчових продуктів, сільськогосподарських мульчувальних плівках, пінопластових обідніх коробках та медичних будівельних лісах з кісткової тканини 41. Однак завдяки до молекулярної структури крохмалю технологічність крохмалю погана. Порівняно з традиційними пластмасами, механічні властивості та бар’єрні властивості розкладаних пластмас на основі крохмалю значно знижуються, і їх неможливо надалі комерційно рекламувати. Тому фізична або хімічна модифікація крохмалю дуже важлива. Поперечне зшивання є одним з основних методів модифікації крохмалю. Тісно пов'язана тривимірна мережева структура, утворена зшиванням, посилює міжмолекулярну взаємодію, отримуючи тим самим розкладається матеріал з хорошою термостійкістю, водостійкістю, високою міцністю та гнучкістю.
зображення
Метод зшивання пластику, що розкладається на основі крохмалю
Поперечне зшивання - це процес зв’язування лінійних або розгалужених полімерних ланцюгів у мережевий полімер шляхом утворення ковалентних зв’язків. Згідно з різними методами зшивання, зшиті пластмаси на основі крохмалю можна розділити на хімічно зшиті пластики на основі крохмалю, що розкладаються, та фотозшиті пластики на основі крохмалю, що розкладаються.
1
Хімічне зшивання
Хімічне зшивання - це реакція зшиваючого агента, що містить бінарні або множинні функціональні групи, з гідроксильними групами на молекулі крохмалю, утворюючи такі групи, як діетерні зв’язки або діефірні групи, тим самим зшиваючи кілька молекул крохмалю, утворюючи просторову мережу Структурноподібний полімерний метод. Зазвичай використовуються зшиваючі агенти - глутаральдегід, епіхлоргідрин (ЕХГ), триметафосфат натрію (СТМП), лимонна кислота (СА) та яблучна кислота. Властивості розкладаних пластмас на основі крохмалю, приготованих з різними зшиваючими агентами, також різні.
В останні роки, завдяки енергійній пропаганді концепцій охорони навколишнього середовища, тип CA" зелений" нетоксичні зшиваючі агенти стають дедалі популярнішими серед дослідників і стають основними зшиваючими агентами для зшивання пластмас, що розкладаються на основі крохмалю. Відповідно до часу, коли додається зшиваючий агент, хімічне зшивання можна розділити на зшиваючий (тобто зшиваючий агент додають, щоб реагувати в процесі формування полімеру) і після зшиваючий (тобто після формування матеріалу, просочують за допомогою розчину зшиваючого агента) Метод викликає зшивання між молекулами).
2
Фотозшивання
Фотозшивання - це метод додавання фотосенсибілізатора до системи крохмалю для його розкладання на вільні радикали під опроміненням ультрафіолетовим світлом (УФ) та використання фотосенсибілізатора для полімеризації гідроксильних груп у крохмалі для зшивання молекул крохмалю. . При фотозшиванні для отримання пластичних матеріалів, що розкладаються на основі крохмалю, доза випромінювання та концентрація фотосенсибілізатора є найважливішими факторами, що впливають на ступінь зшивання матеріалу. У порівнянні з хімічним методом зшивання, метод зшивання фотографіями не вимагає гідротермічного обладнання та реагентів зшивання, є більш безпечним та екологічно чистим, простим в експлуатації та реакцією легко керувати. Він може бути адаптований до масштабного безперервного виробництва матеріалів і підходить для гідрогелів на біологічній основі. , Підготовка матеріалів для доставки ліків тощо.
Вплив зшивки на властивості пластичних матеріалів, що розкладаються на основі крохмалю
1
Водотривкість
Водостійкість є однією з важливих умов для випробування стандартів застосування біологічно розкладаних мембранних матеріалів. Однак, завдяки природній гідрофільності крохмалю, плівкові матеріали на основі крохмалю, як правило, виявляють сильнішу гідрофільність і вищу проникність. Модифікація зшивання робить крохмаль тісно пов’язаною тривимірною мережевою структурою, яка може ефективно запобігати потраплянню та міграції молекул води. Водопоглинання, набухання та швидкість пропускання водяної пари (WVP) часто використовуються для характеристики водостійкості матеріалів на основі крохмалю.
2
Механічна поведінка
У повсякденному виробництві та побуті пакувальні плівкові матеріали повинні мати певну міцність та гнучкість, щоб зберегти свою цілісність під час обробки. Поперечне зшивання встановлює міжмолекулярні та внутрішньомолекулярні зв’язки, робить молекулярні ланцюги крохмалю довшими, посилює міжмолекулярні взаємодії та призводить до збільшення міцності матеріалу на розрив та зменшення подовження при розриві. Взагалі кажучи, додавання невеликої кількості зшиваючого агента може відповідати вимогам продуктивності продукту. Коли ступінь зшивання низька, довжина молекул крохмалю, доступних для ковзання, збільшується. При постійному збільшенні ступеня зшивання посилюються міжмолекулярні та внутрішньомолекулярні взаємодії, підвищується міцність на розрив, але в той же час міжмолекулярне ковзання також обмежується, що призводить до зменшення подовження при розриві матеріалу і крихкість. Крохмаль має сильну гідрофільність. Якщо в системі занадто багато крохмалю, міжмолекулярна сила буде ослаблена після того, як матеріал поглине воду, що значно знижує міцність матеріалу на розрив. Окрім ступеня зшивання та вмісту крохмалю, RH також має більший вплив на механічні властивості пластмас, що розкладаються на основі крохмалю. Коли RH дорівнює 40%, механічні властивості листа на основі крохмалю є найкращими. Занадто низька вологість може зробити матеріал крихким і розірватися на шматки при розтягуванні; коли вологість занадто висока, велика кількість молекул води потрапляє в пластиковий лист як пластифікатор, і міцність на розрив зменшується. Час затвердіння та температура затвердіння також є важливими факторами, що впливають на його механічні властивості.
3
Розкладаність
Розкладаність є найбільшою перевагою матеріалів на основі крохмалю. Біодеградація матеріалів на основі крохмалю, як правило, зумовлена біологічною діяльністю грибів, бактерій та інших мікроорганізмів у природних умовах, таких як ґрунт, або в певних специфічних умовах, таких як умови компостування або у водних розчинах культури. При ґрунтовому похованні використовуються мікроорганізми для розмивання в ньому крохмалю та виділення ферментів, що зменшує міцність матеріалу. Пластмаса та металева сіль у ґрунті піддаються самоокисненню, утворюючи пероксиди, які сприяють розриву полімерних молекулярних ланцюгів і стають низькомолекулярними речовинами. , Який стає H2O та CO2. Метод компостування використовує мікроорганізми для контролю перетворення розкладаються органічних речовин у твердих відходах у стабільний гумус, H2O та CO2 в умовах кисню. Зшивання посилює міжмолекулярну та внутрішньомолекулярну сили взаємодії та зменшує швидкість деградації матеріалу. За нормальних обставин ступінь деградації пластичних речовин, що розкладаються на основі крохмалю, позитивно корелює із вмістом крохмалю та часом закопування ґрунту, а швидкість деградації позитивно корелює із вмістом крохмалю, вологістю середовища, ступенем зшивання та вмістом пластифікатора.
Метод модифікації зшитого пластику, що розкладається на основі крохмалю
Завдяки компактній тривимірній мережевій структурі, сформованій внаслідок зшивання, продуктивність зшитих пластмас, що розкладаються на основі крохмалю, була певною мірою покращена, але вона все ще не відповідає стандартам загальної пластмаси. Тому його необхідно додатково модифікувати, включаючи змішування з іншими полімерними матеріалами, поліпшення наноматеріалів, багаторазове модифікування, покриття гідрофобним покриттям тощо.
1
Модифікація змішування природного полімеру
Ген Шенгронг та інші використовували STMP для зшивання системи сумішей крохмалю та порошку мухи коньяку та готували розкладається суміш плівки з хорошою водостійкістю та механічними властивостями методом формування плівки. Результати цього дослідження показують, що глюкоманнан із сітчастою структурою може інгібувати осідання крохмалю та є корисним для поліпшення сумісності системи сумішей. Потім до системи додається відповідна кількість ПВА для змішування. PVA забезпечує плівці кращу водостійкість та механічні властивості, але сумісність системи стає поганою. Лі та ін. використовували глутаральдегід в якості зшиваючого агента для приготування картопляної / CS композитної зшитої плівки з кращою водостійкістю методом лиття. У той же час CS надав плівці унікальні антибактеріальні властивості, що дозволило використовувати її в біомедицині або консервації харчових продуктів. Поле широко використовується. Порівняно з плівками на основі чистого крохмалю покращуються властивості плівок на основі крохмалю, які змішуються та зшиваються з іншими біополімерами. У той же час інші біоматеріали також можуть надати деякі додаткові властивості плівкам на основі крохмалю. Цей метод полягає у підготовці нової тенденції нових мембранних матеріалів на основі крохмалю.
2
Модифікація змішування розкладаного поліефіру
Змішування крохмалю з розкладаним поліефіром за допомогою чудових механічних властивостей поліестеру&# 39 та водостійкості може ефективно заповнити відсутність характеристик крохмальних плівок. Для систем змішування сумісність кількох речовин є важливим фактором, що впливає на механічні властивості матеріалів. ECH та гліцерин використовуються для модифікації крохмалю, а потім модифікований крохмаль змішують з PLA, і плівку можна готувати в процесі гарячого пресування. Гідроксильні групи молекул крохмалю зшиваються молекулами ЕХГ, утворюючи ефірні групи, змінюючи тим самим гідрофільність крохмалю. Результати показують, що модифікація зшивання та пластифікації крохмалю покращує його сумісність з PLA та покращує його механічні властивості. Потрійну плівкову суміш можна приготувати з різними співвідношеннями крохмалю / ПВА / СА.
3
Нано наповнювач, посилений модифікацією
На додаток до розкладаних складних поліефірів, целюлоза та наночастинки також є наповнювачами, які зазвичай використовуються останніми роками для вивчення механічних властивостей пластичних матеріалів, що розкладаються на основі крохмалю. Дослідження Балакрішнана та ін. показали, що нановолокна целюлози (CNF) та нанокристали целюлози (CNC) мають кращий зміцнюючий ефект на мембрани крохмалю, а CNF мають кращий зміцнюючий ефект, ніж CNC. Це пов’язано головним чином з тим, що целюлоза та крохмаль є обома полісахаридами, і вони мають подібні структури, і між гідроксильними групами легко утворюються міцні водневі зв’язки, що призводить до надзвичайно міцної міжфазної адгезії. ЧПУ мають голкоподібну морфологію з високою кристалічністю; тоді як CNF мають мережеву структуру з великим співвідношенням сторін, високим ступенем переплутування з крохмалем та більшою взаємодією між молекулами. Це покращує механічні властивості плівкових матеріалів на основі крохмалю.
4
Модифікація гідрофобного покриття
Для поліпшення водостійкості плівки на основі крохмалю її також можна обробити поверхнею, наприклад, покрити гідрофобним покриттям. Замочіть підготовлену плівку пшеничної клейковини та піноутворюючий лоток для крохмалю у розчині триацетат-дихлорметану. Повільне випаровування розчинника утворює покривну плівку на поверхні матеріалу. Триацетатне крохмальне покриття значно покращує водонепроникність матеріалу. При використанні PLA як сировини для покриття піни на основі крохмалю, хоча покриття PLA погано сумісне з пінопластом, воно все одно покращує щільність, міцність на розрив та ударну в’язкість піни.
5
Багаторазова хімічна модифікація
Ефективність зшитих плівкових матеріалів на основі крохмалю, підготовлених комплексно з використанням різноманітних методів модифікації, є кращою, ніж у одиночної зшитої модифікованої крохмальної плівки. Багаточисельні хімічні модифікації - основна тенденція покращення продуктивності розкладаються плівок на основі крохмалю. Коли зшита окислена плівка крохмалю (плівка C-OS) та окислена зшита плівка крохмалю (плівка O-CS) відповідно готуються з перекисом водню та борною кислотою, плівка O-CS має більше переваг завдяки частковому деградація молекул крохмалю внаслідок першого окислення. Висока гідрофільність робить плівку більш гнучкою; Плівка C_OS має вищий ступінь зшивання завдяки першому зшиванню, а плівка має кращу водостійкість і міцність. Гідрофобний та ліпофільний композитний поліольний пластифікований модифікований крохмаль готували послідовним зшиванням STMP, обробкою поверхні алюмінатного сполучного агента та пластифікацією складного пластифікатора на кукурудзяному крохмалі, а потім змішуванням його з PCL та каландруванням у плівку, гідрофобність плівки може бути значно вдосконаленим. Сухія та ін. використовував STMP як зшиваючий агент, а гіпохлорит натрію як окислювач для приготування зшитого окисленого подвійно модифікованого крохмалю кореня лотоса, змішував його з концентрованим білком сироватки, гліцерином і оболонками подорожника та готував методом лиття. Отримана плівка на основі крохмалю, а термостійкість, механічні властивості та водостійкість плівки значно покращуються. Багаторазова модифікація не тільки покращує експлуатаційні характеристики матеріалу, але й збільшує собівартість виробництва матеріалів на основі крохмалю. Тому вибір меншої кількості методів модифікації для отримання кращих показників є основним напрямком майбутніх досліджень пластмас, що розкладаються на основі крохмалю.
Напрямок майбутнього розвитку зшитого пластику, що розкладається на основі крохмалю
Використання зшитого пластику на основі крохмалю, що розкладається, є одним з важливих методів для полегшення проблеми" білого" забруднення. Однак після багатьох років досліджень і розробок матеріал досі не випускався і не застосовувався, головним чином, через його вартість та продуктивність. Повністю зшитий пластик на основі крохмалю, що розкладається, має відмінні деградаційні властивості, але його механічні властивості та водостійкість важко досягти стандартів загальної пластмаси. Для того, щоб отримати повністю розкладаються пластмаси на основі крохмалю, які відповідають вимогам використання, простої модифікації крохмалю, що зшивається, далеко не достатньо. Це повинно бути досягнуто шляхом всебічного застосування складних методів модифікації або змішування з поліефіром. Виниклі в результаті високі витрати неминуче заважатимуть комерційному просуванню матеріалів. В даний час ціна на поперечно зшитий пластик, що повністю розкладається на основі крохмалю, що випускається на ринку, в 4-10 разів перевищує ціну на пластмаси загального призначення. Вони в основному використовуються в аутсорсингу та упаковці деяких високоякісних косметичних засобів та деяких медичних товарів (таких як хірургічні шви та капсули для вивільнення ліків). ).
Однак крохмаль є однією з найбільш конкурентоспроможних сировинних матеріалів для виробництва пластмас на біологічній основі і має широкі перспективи застосування в стратегіях сталого розвитку. В даний час пластичні суміші з поліефірної суміші, що розкладаються крохмалем, є найбільш зрілими та повністю розкладаються продуктами на ринку. У майбутньому дослідники повинні присвятити себе розробці недорогих та високоефективних пластичних матеріалів, що розкладаються на основі крохмалю. В основному існують такі напрямки досліджень:
1. У процесі модифікації слід використовувати безпечні та екологічно чисті методи модифікації, а зелені та екологічно безпечні добавки використовувати якомога більше, щоб полегшити їх деградацію або компостування.
2. Для змішаних пластмас на основі крохмалю, що розкладаються, кількість крохмалю слід якомога більше збільшувати з урахуванням вимог щодо експлуатаційних характеристик, щоб зменшити виробничі витрати матеріалу; водночас суміші повинні мати хорошу сумісність для отримання чудових механічних властивостей.
3. Впроваджуйте нові матеріали для додання багатофункціональним властивостям пластмас на основі крохмалю, що розкладаються, таких як додавання хітозану, ПВА тощо, щоб надати крохмальним матеріалам антибактеріальні властивості, додавання каніфолі тощо, щоб надати матеріалам на основі крохмалю анти-ультрафіолетові властивості, щоб розширити застосування ринку пластмас, що розкладаються на основі крохмалю.
4. Розробка нових процесів для зменшення енерговитрат на виробництво матеріалів, таких як використання вдосконалених методів формування, методів екструзійного видувного видувлення тощо, замість методів лиття плівок для сприяння комерційному безперервному масовому виробництву розкладається пластмас на основі крохмалю .
Ми пропонуємо запатентовану повну біорозкладану плівку та мішок PVA, всі продукти виготовляються за допомогою ливарного обладнання, воно відрізняється від традиційних виробів видувного формування, всі видувні вироби не є біологічно розкладаними. Ми можемо виготовляти плівки та пакети з ПВА у повністю прозорих та різноманітних кольорах. а плівка ПВА більш гладка, ніж традиційні видувні вироби.
Ми також пропонуємо біологічно розкладаються плівки з органічного матеріалу та пакети із запатентованою сировиною та виробничим процесом.
Щоб отримати більше продуктів із плівки та сумок PVA, відвідайте нас:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/