Hajoavat muovit

Tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin tulkinta: ristiinlinkittäminen ja muuttaminen

Johdanto: Tärkkelys on luonnollinen ja uusiutuva polymeeriyhdiste. Runsauden, helpon saatavuuden ja alhaisen hinnan vuoksi tärkkelystä käytetään laajalti hajoavan muovin tutkimuksessa. Tällä hetkellä tärkkelyspohjaiset biohajoavat muovit ovat noin 50 prosenttia nykyisistä kaupallisista biohajoavia muoveja, ja niitä on käytetty elintarvikepakkauskalvoissa, maatalouden multakalvoissa, vaahdotettavissa muovisissa lounaslaatikoissa ja lääketieteellisissä luukudostekniikan rakennustelineissä 41. Tärkkelysmolekyylirakenteen vuoksi itse tärkkelys on kuitenkin huono. Perinteisiin muoveihin verrattuna tärkkelyspohjaisen hajoavat muovien mekaaniset ominaisuudet ja esteominaisuudet vähenevät huomattavasti, eikä niitä voida edistää kaupallisesti. Siksi tärkkelykseen fysikaalinen tai kemiallinen muuntelu on erittäin tärkeää. Ristiinlinkittäminen on yksi tärkeimmistä tärkkelysmuokkausmenetelmistä. Ristiinlinkittämisen muodostama tiiviisti yhdistetty kolmiulotteinen verkkorakenne parantaa intermolekulaarista vuorovaikutusta ja saa siten hajoavan materiaalin, jolla on hyvä lämmönkestävyys, vedenkestävyys, korkea lujuus ja joustavuus.

kuva

Tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin ristiinlinkittämismenetelmä

Ristiinlinkittämisprosessi on prosessi, jossa lineaariset tai haarautunut polymeeriketjut kytkeytyvät verkkoon verkottumiseen polymeeriin muodostamalla kovalenttisia sidoksia. Eri ristiinlinkittämismenetelmien mukaan ristiinlinkitettävät tärkkelyspohjaiset hajoavat muovit voidaan jakaa kemiallisesti ristiinlinkitettyihin tärkkelyspohjaisiin hajoavaan muoviin ja valoristiin linkitettyihin tärkkelyspohjaisiin hajoavaan muoviin.

1

Kemiallinen ristiinlinkittäminen

Kemiallinen ristiinkytkeminen on binääri- tai useita funktionaalisia ryhmiä sisältävän ristiinkytkevän aineen reaktio tärkkelysmolekyylin hydroksyyliryhmiin, jotta voidaan muodostaa ryhmiä, kuten diether-sidoksia tai diesteriryhmiä, ja siten yhdistää useita tärkkelysmolekyylejä tilaverkon muodostamiseksi Rakenteen kaltainen polymeerimenetelmä. Yleisesti käytettyjä ristikytkemisaineita ovat glutraldehydi, epiklooriehydriini (ECH), natriumtrimmeristofosfaatti (STMP), sitruunahappo (CA) ja maliinihappo. Myös tärkkelyspohjaisilla hajoavissa muoveilla, jotka on valmistettu erilaisilla ristiinlinkittämisastialla, on erilaiset.

Viime vuosina CA-tyyppiset "vihreät" myrkyttömiä ristiinlinkittämisaineita on edistänyt voimakkaasti ympäristönsuojelukonsepteja, ja niistä on tullut tärkeimpiä ristiinlinkittämisaineita tärkkelyspohjaisissa hajoavissa muoveissa. Ristiinlinkittävän aineen lisäämisajan mukaan kemiallinen ristiinlinkittäminen voidaan jakaa ristiinlinkittämiseen (ts. ristiinlinkittävä aine lisätään reagoimaan polymeerimuovausprosessin aikana) ja ristiinlinkityksen jälkeiseen (siis materiaalin muodostumisen jälkeen ristiinlinkittävä aineliuos) Menetelmä aiheuttaa ristiinkytkemistä molekyylien välillä).

2

Photocrosslinking -linkki

Photocrosslinking on menetelmä fotosensaattorin lisäämiseksi tärkkelysjärjestelmään sen hajottamiseksi vapaiksi radikaaleiksi ultraviolettivalon (UV) säteilytyksen alla ja käyttää valoherkistystä tärkkelyksen hydroksyyliryhmien polymerointiin tärkkelysmolekyylien ristiinlinkittämiseksi. . Kun valoristikossa valmistetaan tärkkelyspohjaisia hajoavia muoveja, säteilyannos ja valoherkistyspitoisuus ovat tärkeimmät materiaalin ristiinlinkittämisasteisiin vaikuttavat tekijät. Kemialliseen ristiinlinkittämismenetelmään verrattuna valokuvien ristiinlinkittämismenetelmä ei edellytä hydrotermistä laitteistoa ja ristiinlinkittämistä, se on turvallisempi ja ympäristöystävällisempi ja helppokäyttöisempi, ja reaktiota on helppo hallita. Se voidaan mukauttaa laajamittaiseen jatkuvaan materiaalien tuotantoon ja sopii biopohjaisiin hydrogeeliin. , Lääkkeiden toimitusmateriaalien valmistus jne.

Ristiinlinkittämisen vaikutus tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin ominaisuuksiin

1

Vesitiiviys

Vedenkestävyys on yksi tärkeimmistä edellytyksistä biopohjaisia hajoavia kalvomateriaaleja koskevien käyttöstandardien testaamiseksi. Tärkkelyspohjaiset kalvomateriaalit ovat kuitenkin tärkkelyksen luonnollisen hydrofiilisyyden vuoksi yleensä voimakkaampia hydrofiilisiä ja läpäisevät enemmän. Ristiinlinkittämisen ansiosta tärkkelykseen on liitetty tiiviisti kolmiulotteinen verkkorakenne, joka voi tehokkaasti estää vesimolekyylien pääsyn ja siirtymisen. Veden imeytymistä, turvotusta ja vesihöyryn siirtonopeustta (WVP) käytetään usein kuvaamaan tärkkelyspohjaisia materiaaleja vedenkestävyyttä.

2

Mekaaninen käyttäytyminen

Päivittäisessä tuotannossa ja elämässä pakkauskalvomateriaaleilla on oltava tietty lujuus ja joustavuus, jotta niiden eheys säilyy käsittelyn aikana. Ristiinlinkittäminen luo intermolekulaarisia ja intermolekulaarisia yhteyksiä, tekee tärkkelyksen molekyyliketjuista pidempiä, parantaa intermolekulaarisia vuorovaikutuksia ja lisää materiaalin vetolujuutta ja vähentää venymää tauolla. Yleisesti ottaen pienen ristiinlinkittävän agentin lisääminen voi täyttää tuotteen suorituskykyvaatimukset. Kun ristiinkytkemisaste on alhainen, liukumiseen käytettävissä olevien tärkkelysmolekyylien pituus kasvaa. Ristiinlinkityksen jatkuvan kasvun myötä intermolekulaarinen ja intermolekulaarinen vuorovaikutus lisääntyy ja vetolujuus kasvaa, mutta samalla myös intermolekulaarinen liukastuminen on rajoitettu, mikä johtaa venymän vähenemiseen materiaalin rikkoutuessa ja haurauteen. Tärkkelys on vahvaa hydrofiilisyyttä. Jos järjestelmässä on liikaa tärkkelystä, intermolekulaarinen voima heikkenee materiaalin imemisen jälkeen, mikä vähentää huomattavasti materiaalin vetolujuutta. Ristiinlinkittämisen ja tärkkelyspitoisuuden lisäksi RH vaikuttaa enemmän myös tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin mekaanisiin ominaisuuksiin. Kun RH on 40%, tärkkelyspohjaisen arkin mekaaniset ominaisuudet ovat parhaat. Liian alhainen RH voi haurastella materiaalia ja hajota paloiksi venytettynä; kun RH on liian korkea, muovilevyyn tulee muovilevynä suuri määrä vesimolekyylejä, ja vetolujuus pienenee. Kovettumisaika ja kovettumislämpötila ovat myös tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat sen mekaanisiin ominaisuuksiin.

3

Hajoavuus

Hajoavuus on tärkkelyspohjaisista materiaaleista suurin etu. Tärkkelyspitoisten materiaalien biohajoaminen johtuu yleensä sienten, bakteerien ja muiden mikro-organismien biologisesta toiminnasta luonnollisissa olosuhteissa, kuten maaperässä, tai tietyissä erityisolosuhteissa, kuten kompostointiolosuhteissa tai vesiviljelmäratkaisuissa. Maaperän hautausmenetelmässä käytetään mikro-organismeja sen tärkkelyksen murentamiseen ja entsyymien eritykseen, mikä vähentää materiaalin lujuutta. Maaperän muovi ja metallisuola hapettuvat automaattisesti peroksidien tuottamiseksi, jotka edistävät polymeerimolekyyliketjujen repeämistä ja muuttuvat pienimolekyylisiksi aineiksi. , Josta tulee H2O ja CO2. Kompostointimenetelmässä käytetään mikro-organismeja, jotka ohjaavat kiinteän jätteen hajoavan orgaanisen aineen muuntamista vakaaksi humus-, H2O- ja CO2-yhdisteiksi happiolosuhteissa. Ristiinlinkittäminen tehostaa intermolekulaarista ja molekyylien sisäistä vuorovaikutusvoimaa ja vähentää materiaalin hajoamisastetta. Normaalioloissa tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin hajoamisaste korreloi positiivisesti tärkkelyspitoisuuden ja maaperän hautausajan kanssa, ja hajoamisnopeus korreloi positiivisesti tärkkelyspitoisuuden, ympäristön kosteuden, ristiinlinkittämisasteen ja pehmistyspitoisuuden kanssa.

Ristiinsosittunut tärkkelyspohjainen hajoava muovin muutosmenetelmä

Ristiinlinkityksen muodostaman kompaktin kolmiulotteisen verkkorakenteen ansiosta ristiinlinkitettyjen tärkkelyspohjaisia hajoavia muoveja on parannettu jonkin verran, mutta se ei edelleenkään täytä yleisten muovien standardeja. Sen vuoksi sitä on tarpeen muuttaa edelleen, mukaan lukien sekoittaminen muihin polymeerimateriaaleihin, nanomateriaalin tehostaminen, moninkertainen muuttaminen, hydrofobinen pinnoite jne.

1

Luonnollinen polymeerisekoituksen muuntelu

Geng Shengrong ja muut käyttivät STMP:tä tärkkelyksen ja konjac-lentojauheen sekoitusjärjestelmän ristiinliittämiseen ja valmistivat valukalvon muodostamismenetelmän avulla hajoavan sekoituskalvon, jolla on hyvä vedenkestävyys ja mekaaniset ominaisuudet. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että glukomannaani, jolla on verkkorakenne, voi estää tärkkelysten asettumista ja on hyödyllistä parantaa sekoitusjärjestelmän yhteensopivuutta. Tämän jälkeen järjestelmään lisätään sopiva määrä PVA:ta sekoittamista varten. PVA tarjoaa kalvolle paremman vedenkestävyyden ja mekaaniset ominaisuudet, mutta järjestelmän yhteensopivuus heikkenee. Li et al. käytti glutaraldehydiä ristiinlinkittävänä aineena valmistaakseen perunan/CS-komposiitin ristiinkytketyn kalvon, jonka vedenkestävyys on parempi valumenetelmällä. Samalla CS antoi kalvolle ainutlaatuisia antibakteerisia ominaisuuksia, joiden avulla sitä voitiin käyttää biolääketieteessä tai elintarvikkeiden säilyttämisessä. Kenttää käytetään laajalti. Puhtaaseen tärkkelyspohjaiseen kalvoon verrattuna muiden biopolymeerien kanssa sekoitettujen ja ristiinyhdistettyjen tärkkelyspohjaisien kalvojen ominaisuudet paranevat. Samalla myös muut biomateriaalit voivat tuoda tärkkelyspohjaisiin elokuviin joitakin lisäominaisuuksia. Tällä menetelmällä valmistellaan uusien tärkkelyspohjaisien kalvomateriaalien uusi trendi.

2

Hajoavan polyesterin sekoitus

Tärkkelyksen sekoittaminen hajoavaan polyesteriin polyesterin erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ja vedenkestävyyden avulla voi tehokkaasti poistaa tärkkelyskalvojen suorituskyvyn puutteen. Sekoitusjärjestelmissä useiden aineiden yhteensopivuus on tärkeä materiaalien mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttava tekijä. ECH: tä ja glyseriiniä käytetään tärkkelykseen, ja sitten muunnettu tärkkelys sekoitetaan PLA: hen, ja kalvo voidaan valmistaa kuuman puristusprosessin kautta. Tärkkelysmolekyylien hydroksyyliryhmät ovat ECH-molekyylien ristiinliitettyjä muodostamaan eetteriryhmiä, mikä muuttaa tärkkelyksen hydrofiilisyyttä. Tulokset osoittavat, että tärkkelykseen ristiinlinkittävä ja muovittava muutos parantaa sen yhteensopivuutta PLA:n kanssa ja parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia. Ternaarinen sekoituskalvo voidaan valmistaa erilaisilla tärkkelys/PVA/CA-suhteilla.

3

Nanotäyttövahvistettu muuntelu

Hajoavan polyesterin lisäksi selluloosa ja nanohiukkaset ovat myös täyteaineita, joita käytetään viime vuosina yleisesti tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin mekaanisten ominaisuuksien tutkinnassa. Balakrishnan et al. -tutkimukset ovat osoittaneet, että selluloosananokuidut ja selluloosananokiteet (CNC) vahvistavat tärkkelyskalvoja paremmin ja CNF:illä on paremmat vahvistusvaikutukset kuin CNC:illä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että selluloosa ja tärkkelys ovat molemmat polysakkarideja, ja molemmilla on samanlaiset rakenteet, ja hydroksyyliryhmien välille muodostuu helposti vahvoja vetysiteitä, mikä johtaa erittäin voimakkaaseen interfacial-tarttumiseen. CNC: llä on neulan kaltainen morfologia, jossa on korkea kiteys; vaikka CNF:illä on verkkorakenne, jolla on suuri kuvasuhde, korkea sotkeutuminen tärkkelykseen ja suurempi vuorovaikutus molekyylien välillä. Se parantaa tärkkelyspohjaisia kalvomateriaaleja.

4

Hydrofobisen pinnoitteen muuttaminen

Tärkkelyspohjaisen kalvon vedenkestävyyden parantamiseksi se voidaan myös pintakäsitellä, kuten pinnoitteen hydrofobinen pinnoite. Liota valmistettu vehnäglutanttikalvo ja vaahtoava tärkkelysalusta triasetaattidikloorimetaaniliuoksessa. Liuottimen hidas volatilisointi muodostaa pinnoitekalvon materiaalin pinnalle. Triasetaattitärkkelyspinnoite parantaa huomattavasti materiaalin vedenkestävyyttä. Kun PLA:ta käytetään raaka-aineena tärkkelyspohjaisen vaahdon päällystämiseen, vaikka PLA-pinnoite on huono yhteensopivuus vaahdon kanssa, se parantaa silti vaahdon tiheyttä, vetolujuutta ja iskulujuutta.

5

Useita kemiallisia muutoksia

Ristiinyhdistyneet tärkkelyspohjaiset kalvomateriaalit, jotka on valmistettu kattavasti useilla muuntelumenetelmillä, ovat parempia kuin yhden ristiinsitautuneen muunnettujen tärkkelyskalvojen suorituskyky. Useat kemialliset muutokset ovat valtavirran suuntaus parantaa tärkkelyspohjaisia hajoavia kalvoja. Kun ristiinkytketyt hapettuneet tärkkelyskalvot (C-OS-kalvo) ja hapetettu ristisidottu tärkkelyskalvo (O-CS-kalvo) valmistetaan vetyperoksidilla ja boorihapolla, O-CS-kalvolla on enemmän etuja tärkkelysmolekyylien osittaisen hajoamisen vuoksi ensimmäisen hapettumisen vuoksi. Korkea hydrofiilisyys tekee kalvosta joustavamman; C_OS on korkeampi ristiinlinkittäminen ensimmäisen ristiinlinkityksen vuoksi, ja kalvolla on parempi vedenkestävyys ja lujuus. Hydrofobinen ja lipofiilinen komposiittipolyolimuovitettu modifioitu tärkkelys valmistettiin suorittamalla peräkkäin STMP-ristikytkentä, alumiiniliittimen pintakäsittely ja monimuokkausainemuovitus maissitärkkelykseen, ja sekoittamalla se sitten PCL: ään ja kalanteroimalla se kalvoon, kalvon hydrofobinenisuus voidaan parantaa huomattavasti. Sukhija et al. käytti STMP:tä ristiinlinkittävänä aineena ja natriumhypokloriittia hapettimena ristisidottua hapetettua kaksoismuokatun lotusjuuritärkkelyksen valmistamiseen, sekoitti sen väkevään heraproteiiniin, glyseriiniin ja plantasiinin runkoihin ja valmisti sen valumenetelmällä. Tärkkelyspohjainen kalvo saadaan, ja kalvon lämpöstabiilisuus, mekaaniset ominaisuudet ja vedenkestävyys paranevat huomattavasti. Monimuokkaus paitsi parantaa materiaalin suorituskykyä myös lisää tärkkelyspohjaisia materiaaleja. Siksi tärkkelyspohjaisiin hajoavaan muoviin tulevaisuudessa tehdyn tutkimuksen painopisteenä on valita vähemmän muokkausmenetelmiä paremman suorituskyvyn saamiseksi.

Ristiinsinkiytyneet tärkkelyspohjaiset hajoavat muovit tulevaisuudessa

Ristiinyhdistyneet tärkkelyspohjaiset hajoavat muovit ovat yksi tärkeimmistä menetelmistä "valkoisen" saastumisen ongelman lievittämiseksi. Vuosien tutkimus- ja kehitystyövuoden jälkeen materiaalia ei kuitenkaan ole vielä massatuotantona ja levitetty pääasiassa sen kustannusten ja suorituskyvyn vuoksi. Täysin ristiinliitetyllä tärkkelyspohjaisella hajoavalla muovilla on erinomaiset hajoamisominaisuudet, mutta sen mekaanisia ominaisuuksia ja vedenkestävyyttä on vaikea saavuttaa yleisten muovien standardeissa. Tärkkelyspohjaisen täysin hajoavan muovin saamiseksi, joka täyttää käyttövaatimukset, tärkkelykseen on tehtävä yksinkertainen ristiinlinkittämismuokkaus, joka ei ole läheskään riittävä. Se on saavutettava monimutkaisten muutosmenetelmien kattavalla käytöllä tai sekoittamalla polyesteriin. Tästä aiheutuvat korkeat kustannukset haittaavat väistämättä materiaalien kaupallista myynninedistämistä. Tällä hetkellä markkinoilla tuotettujen ristiinsinkittyjen tärkkelyspohjaisen täysin hajoavat muovien hinta on 4–10-kertainen yleismuoviin verrattuna. Niitä käytetään pääasiassa joidenkin korkealaatuisten kosmetiikan ja joidenkin lääketieteellisten tarvikkeiden (kuten kirurgisten ompeleiden ja lääkkeiden vapautumiskapselien) ulkoistamisessa ja pakkaamisessa. ).

Tärkkelys on kuitenkin yksi biomuovien kilpailukykyisimmistä raaka-aineista, ja sillä on laajat sovellusnäkymät kestävän kehityksen strategioissa. Tällä hetkellä tärkkelystä hajoavat polyesterisekoitusmuovit ovat markkinoiden kypsimpiä ja täysin hajoavimpia tuotteita. Tulevaisuudessa tutkijoiden tulisi omistautua edullisten ja suorituskykyisten tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin kehittämiseen. Tutkimusohjeita on pääasiassa seuraavat:

1. Muutosprosessissa olisi käytettävä turvallisia ja ympäristöystävällisiä muutosmenetelmiä, ja vihreitä ja saasteettomia lisäaineita olisi käytettävä mahdollisimman paljon niiden hajoamisen tai kompostoinnin helpottamiseksi.

2. Sekoitettujen tärkkelyspohjaisissa hajoavissa muoveissa käytettävän tärkkelyksen määrää olisi lisättävä mahdollisimman paljon, jos materiaalin tuotantokustannusten alentamista koskevat suorituskykyvaatimukset on täytettävä. Samalla sekoitteet ovat yhteensopivia erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien saamiseksi.

3. Otetaan käyttöön uusia materiaaleja, jotka antavat tärkkelyspohjaisille hajoaville muoveille monikäyttöisiä ominaisuuksia, kuten kitosaanin, PVA:n jne.

4. Kehitetään uusia prosesseja materiaalien tuotannon energiankulutuksen vähentämiseksi, kuten parannettujen muovausmenetelmien käyttöä, ekstrusion puhallusmuovausmenetelmiä jne.

Tarjoamme patentoitua täydellistä biohajoavaa kalvoa ja PVA-pussia, kaikki tuotteet valmistetaan valulaitteilla, Se eroaa perinteisistä puhallusmuovaustuotteista, kaikki puhallusmuovaustuotteet eivät ole täysin biohajoavia. Voimme tuottaa pva-kalvoja ja -pusseja täysin läpinäkyvinä ja eri väreinä. ja PVA-kalvo on sileämpi kuin perinteiset puhallusmuovaustuotteet.

Tarjoamme myös orgaanista materiaalia täysin biohajoavaa kalvoa ja pusseja patentoidulla raaka-aine- ja tuotantoprosessilla.

Lisää PVA-kalvo- ja laukkutuotteita on osoitteessa:

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

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