Haluatko innokkaasti uusinta tärkkelyspohjaista biohajoavaa muovin muokkaustekniikkaa?
1930- ja 1940-luvuista lähtien muovista on tullut neljäs merkittävä uusi perusmateriaalityyppi teräksen, puun ja sementin jälkeen kevyiden, edullisten ja vahvan plastisuuden etujensa vuoksi. Yleiskäyttöiset muovituotteet heitetään pois suurina määrinä, ja tuloksena oleva&"valkoinen saaste GG"; on aiheuttanut valtavaa painetta ekologiseen ympäristöön. Samanaikaisesti öljy uusiutumattomana luonnonvarana loppuu loppuun.
Siksi viime vuosina maat ympäri maailmaa ovat laskeneet peräkkäin GG-tarjouksia; kannustaa ammattilaisia ja kuluttajia käyttämään vihreää ja ympäristöystävällistä hajoavaa muovia kattavien kieltojen, vapaaehtoisten sopimusten ja muiden menetelmien avulla.
Hajoavien muovien tyypit
Polykaprolaktoni (PCL)
Polymaitohappo (PLA)
Polyvinyylialkoholi (PVA), polyhydroksi
Alkyyliesteri (PHA)
tärkkelys
Selluloosa
Natriumalginaatti (SA)
Kitosaani (CS)
Proteiinipohjaiset biopohjaiset muovit
Tärkkelys on luonnollinen ja uusiutuva polymeeriseos. Runsauden, helppokäyttöisyyden ja alhaisen hinnan vuoksi hajoavat muovit suosivat sitä.
Tällä hetkellä tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien osuus on noin 50% nykyisistä kaupallisista hajoavista muoveista, ja niitä käytetään laajalti elintarvikepakkauskalvoissa, maatalouden mulch-kalvoissa, vaahdotetuissa muovisissa lounasrasioissa ja lääketieteellisissä luukudostekniikoissa.
Perinteisiin muoveihin verrattuna tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien mekaaniset ominaisuudet ja sulkuominaisuudet kuitenkin vähenevät huomattavasti, eikä niitä voida edelleen edistää kaupallisesti. Siksi tärkkelyksen fysikaalinen tai kemiallinen muuntaminen on erittäin tärkeää.
Silloitus on yksi tärkkelyksen muuntamisen päämenetelmistä. Silloittamalla muodostettu tiiviisti kytketty kolmiulotteinen verkkorakenne parantaa molekyylien välistä vuorovaikutusta, jolloin saadaan hajoava materiaali, jolla on hyvä lämmönkestävyys, vedenkestävyys, suuri lujuus ja joustavuus.
Tärkkelyksen rakenne ja ominaisuudet
Tärkkelys on polymeerihiilihydraatti, joka muodostuu dehydratoimalla ja polymeroimalla useita glukoosimolekyylejä.
Tärkkelystä esiintyy laajalti rakeiden muodossa ylempien kasvien juurissa, mukuloissa, hedelmissä ja lehdissä. Tällä hetkellä tärkkelystä tuottavat pääasiassa vehnä, maissi ja perunat.
Tärkkelys koostuu pääasiassa amyloosista ja amylopektiinistä:
Amyloosi on erittäin kiteinen ja voi liukentua kuumaan veteen tulematta tahnaksi;
Amylopektiini ei liukene kylmään veteen, mutta se turpoaa tahnaksi kuumalla vedellä.
Eri tärkkelyslähteillä on erilainen komponenttipitoisuus ja erilaiset ominaisuudet. Useiden ominaisuuksien kattava vertailu, perunatärkkelyksellä on parempi retrogression ja läpinäkyvyys, ja sillä on paras muotinkestävyys, mekaaniset ominaisuudet ja vedenkestävyys, ja se soveltuu parhaiten kalvomateriaalien valmistukseen.
(a) amyloosi (b) amylopektiini
Eri lähteistä peräisin olevien tärkkelysten koostumuksen ja ominaisuuksien vertailu
Tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin silloitusmenetelmä
Silloitus on prosessi, jossa lineaariset tai haarautuneet polymeeriketjut yhdistetään kovalenttisilla sidoksilla verkoston tai irtopolymeerin muodostamiseksi. Eri silloitusmenetelmien mukaan silloitettu tärkkelyspohjainen hajoava muovi voidaan jakaa kemiallisesti silloitettuun tärkkelyspohjaiseen hajoavaan muoviin ja valosilloitettuun tärkkelyspohjaiseen hajoavaan muoviin.
01
Kemiallinen silloitus
Kemiallinen silloitus on binäärisiä tai useita funktionaalisia ryhmiä sisältävän silloitusaineen reaktio tärkkelysmolekyylien hydroksyyliryhmien kanssa ryhmien, kuten dieteri-sidosten tai diesteriryhmien, muodostamiseksi siten, että silloitetaan useita tärkkelysmolekyylejä muodostaen tilaverkko Polymeerin neliömäinen rakenne.
Yleisesti käytettyjä silloitusaineita ovat glutaarialdehydi, epikloorihydriini (ECH), natriumtrimetafosfaatti (STMP), sitruunahappo (CA) ja omenahappo. Eri silloitusaineilla valmistettujen tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien ominaisuudet ovat myös erilaiset.
Sitruunahappo
Silloitetulla adipiinihapon kalvolla on parhaat valonläpäisy- ja sulkuominaisuudet. Boorihapon silloitetulla kalvolla on suurin lujuus, kun taas CA: n silloitetulla kalvolla on paras joustavuus; mikrotopografia osoittaa, että adipiinihappo- ja booraksisilloitetut kalvot ovat parempia kuin boorihappo. Silloitetulla kalvolla on yhtenäisempi rakenne ja se soveltuu paremmin tärkkelys / PHA-komposiittikalvojen valmistukseen.
Pyyhkäisyelektronimikroskooppi kustakin näytteestä
Viime vuosina ympäristönsuojelukonseptien voimakkaan edistämisen myötä CA-tyypin GG; vihreä" myrkyttömät silloitusaineet ovat tulleet yhä suositummiksi tutkijoiden keskuudessa, ja niistä on tullut tärkeimmät silloitusaineet tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien silloittamiseksi.
Tärkkelyspohjainen hajoava muovi
Silloitusaineen lisäämisen ajan mukaan kemiallinen silloitus voidaan jakaa:
Silloittaminen (ts. Silloitusaineen lisääminen reagoimaan polymeerimuovauksen aikana)
Silloitus jälkikäteen (eli kun materiaali on muodostunut, molekyylien välillä tapahtuu silloitus silloitusaineen liuoksen upotusmenetelmän kautta).
Jos vaadittavaa silloitusastetta ei voida saavuttaa käyttämällä silloitusta, voidaan harkita silloituksen jälkeistä kytkemistä. Suurin osa silloittumisreaktioista suoritetaan tärkkelyspastanesteessä, ja reaktiolämpötilan tulisi saavuttaa tärkkelyksen gelatinoitumislämpötila.
02
Valosilloitus
Valosilloitus on menetelmä valoherkistimen lisäämiseksi tärkkelysjärjestelmään sen hajottamiseksi vapaiksi radikaaleiksi ultraviolettisäteilyn (UV) säteilytyksessä ja valoherkistimen avulla polymeroimaan tärkkelyksen hydroksyyliryhmät tärkkelysmolekyylien silloittamiseksi. .
Kun fotosilloitetaan tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien valmistamiseksi, säteilyannos ja valoherkistimen konsentraatio ovat tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat materiaalin silloitusasteeseen.
Kemialliseen silloitusmenetelmään verrattuna valoristisilloitusmenetelmä ei vaadi hydrotermisiä laitteita ja silloitusreagensseja, se on turvallisempaa ja ympäristöystävällisempää, ja sitä on helppo käyttää ja reaktiota on helppo hallita. Se voidaan sovittaa jatkuvaan laajamittaiseen materiaalien tuotantoon ja se soveltuu biopohjaisille hydrogeeleille. , Lääkkeiden antomateriaalien valmistus jne.
Silloituksen vaikutus tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien ominaisuuksiin
01
Vedenkestävyys
Vedenkestävyys on yksi tärkeistä olosuhteista biopohjaisten hajoavien membraanimateriaalien testausstandardien testauksessa. Tärkkelyksen luonnollisen hydrofiilisyyden vuoksi tärkkelyspohjaisilla kalvomateriaaleilla on yleensä vahvempi hydrofiilisyys ja suurempi läpäisevyys. Silloittavan modifikaation ansiosta tärkkelyksellä on tiiviisti kytketty kolmiulotteinen verkkorakenne, nämä verkot voivat tehokkaasti estää vesimolekyylien sisäänpääsyn ja kulkeutumisen. Veden imeytymistä, turpoamista ja vesihöyryn siirtonopeutta (WVP) käytetään usein luonnehdimaan tärkkelyspohjaisten materiaalien vesitiiviyttä.
Tärkkelyksen pohjakalvo
02
Mekaaninen käyttäytyminen
Päivittäisessä tuotannossa ja elämässä pakkauskalvomateriaaleilla on oltava tietty lujuus ja joustavuus niiden eheyden säilyttämiseksi prosessoinnin aikana. Silloitus muodostaa molekyylien väliset ja molekyylien sisäiset yhteydet, tekee tärkkelyksen molekyyliketjuista pidemmät ja parantaa molekyylien välisiä vuorovaikutuksia, mikä johtaa materiaalin vetolujuuden lisääntymiseen ja pienentyneeseen murtovenymään.
Yleisesti ottaen pienen määrän silloitusaineen lisääminen voi täyttää tuotteen suorituskykyvaatimukset. Kun silloitusaste on pieni, liukumiseen käytettävissä olevien tärkkelysmolekyylien pituus kasvaa. Silloittumisasteen jatkuvan kasvun myötä molekyylien välinen ja molekyylien sisäinen vuorovaikutus paranee ja vetolujuus kasvaa, mutta samalla myös molekyylien välinen liukuminen on rajoitettua, mikä johtaa materiaalin murtovenymän vähenemiseen ja osoittaa haurautta.
Tärkkelyksellä on erittäin voimakas hydrofiilisyys. Jos tärkkelyspitoisuus järjestelmässä on liikaa, molekyylien välinen voima heikkenee sen jälkeen, kun materiaali imee vettä, mikä vähentää huomattavasti materiaalin vetolujuutta.
Silloittumisasteen ja tärkkelyspitoisuuden lisäksi suhteellisella kosteudella on myös suurempi vaikutus tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien mekaanisiin ominaisuuksiin. Kun suhteellinen kosteus on 40%, tärkkelyspohjaisten levyjen mekaaniset ominaisuudet ovat parhaat. Liian alhainen suhteellinen kosteus voi tehdä materiaalista hauraan ja hajota palasiksi venytettäessä; kun suhteellinen kosteus on liian korkea, suuri määrä vesimolekyylejä pääsee muovilevyyn pehmittimenä ja vetolujuus pienenee.
Kovettumisaika ja kovettumislämpötila ovat myös tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat sen mekaanisiin ominaisuuksiin. Kun hapetettu sakkaroosipitoisuus on 5 painoprosenttia, glyserolipitoisuus on 15 painoprosenttia, kovetusaika on 5 minuuttia ja kovettumislämpötila on 180 ° C, tärkkelyskalvon mekaaniset ominaisuudet ovat optimaaliset (vetolujuus on 23 MPa, murtovenymä on 60%).
Kun kovettumisaika on lyhyt, silloitus ei riitä muodostamaan verkkoa tärkkelysmolekyylien välille, ja molekyylien välinen vuorovaikutus on heikkoa. Jos kovettumisaika on liian pitkä, tärkkelysluuranko tuhoutuu, mikä johtaa vetolujuuden vähenemiseen ja murtovenymään. Samalla silloitus vaatii riittävän korkean kovetuslämpötilan vesimolekyylien tehokkaan poistamisen varmistamiseksi silloitusreaktiojärjestelmästä.
Tärkkelyspohjaiset muoviraaka-aineet
Lisäaineen määrä ei saisi olla liian suuri. Tärkkelyskalvon läpäisevyys kasvaa pehmitinpitoisuuden kasvaessa, mutta kun sen pitoisuus ylittää kriittisen rajan, tapahtuu faasierottelu. Lisäksi jotkut silloitusaineet voivat samanaikaisesti toimia silloitusaineina ja pehmittiminä tärkkelyspohjaisissa kalvomateriaaleissa.
CA: lla on tällainen kaksisuuntainen vaikutus. Kun CA-pitoisuus ylittää 10 painoprosenttia, ylimääräinen CA toimii pehmittimenä, mikä johtaa vetolujuuden vähenemiseen ja murtovenymän lisääntymiseen. CA-pitoisuuden nousu PVA / tärkkelyskomposiiteissa 5 painoprosentista 30 painoprosenttiin ei vähentänyt merkittävästi vetolujuutta, mutta murtovenymä kasvoi merkittävästi. Silloituksen ja plastisoitumisen yhteisvaikutus johtaa tärkkelyspohjaisten materiaalien monimutkaisiin suorituskyvyn muutoksiin. Tämän tyyppiselle silloitusaineelle sopiva lisäysmäärä voi parantaa tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien suorituskykyä ja liikaa toimii pehmittimenä, mikä vaikuttaa haitallisesti materiaalin suorituskykyyn.
03
Hajoavuus
Hajoavuus on tärkkelyspohjaisten materiaalien suurin etu. Tärkkelyspohjaisten materiaalien biologinen hajoaminen johtuu yleensä sienien, bakteerien ja muiden mikro-organismien biologisesta aktiivisuudesta luonnollisissa olosuhteissa, kuten maaperässä, tai tietyissä erityisolosuhteissa, kuten kompostointiolosuhteissa tai vesiliuoksissa.
Maaperän hautausmenetelmässä käytetään mikro-organismeja erottamaan siinä oleva tärkkelys ja erittämään entsyymejä, mikä vähentää materiaalin lujuutta. Maaperässä oleva muovi ja metallisuola läpikäyvät automaattisen hapettumisen peroksidien muodostamiseksi, jotka edistävät polymeerimolekyyliketjujen hajoamista ja muuttuvat matalamolekyylisiksi aineiksi. , Josta tulee H2O ja CO2.
Kompostin hajoaminen
Kompostointimenetelmässä käytetään mikro-organismeja kontrolloimaan kiinteässä jätteessä olevan hajoavan orgaanisen aineen muuttumista stabiiliksi humuseksi, H2O: ksi ja CO2: ksi happiolosuhteissa.
Silloitus lisää molekyylien välistä ja molekyylien sisäistä vuorovaikutusvoimaa ja vähentää materiaalin hajoamisnopeutta. Normaaleissa olosuhteissa tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien hajoamisaste korreloi positiivisesti tärkkelyspitoisuuden ja maaperän hautausajan kanssa, ja hajoamisnopeus korreloi positiivisesti tärkkelyspitoisuuden, ympäristön kosteuden, silloitusasteen ja pehmittimen pitoisuuden kanssa.
Hautaussyvyydellä ei ole selvää vaikutusta kalvon hajoamisnopeuteen; kalvon laihtuminen 15 päivän kuluessa on 48,70%, jolla on täydellinen biohajoavuus.
Maaperän kompostointijärjestelmässä vapautuva CO2-määrä kuvaa CA-silloitettujen runsaasti amyloosia sisältävien ohratärkkelystuotteiden biomuovien hajoavuutta. Muovien hajoamisnopeus on suhteellisen korkea 20 päivän kuluessa ja pienenee merkittävästi 20 päivän kuluttua. 100 päivän kuluttua hajoamisnopeus on sama kuin maaperän vertailunopeus, ja materiaali hajoaa kokonaan. Samanaikaisesti havaittiin, että silloitettujen tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien hajoamisnopeus oli paljon hitaampi kuin tärkkelysrakeilla.
Muunnettu ohran kuori parantaa PVA / tärkkelys silloitetun komposiittikalvon hajoamista maaperän luonnollisessa ympäristössä. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että silloitetun PVA / silloitetun tärkkelyskalvon painonpudotusnopeus on pienempi kuin PVA / tärkkelyskalvon. Luonnollisella ohrankuorella / PVA: lla / silloitetulla tärkkelyksen komposiittikalvolla on suurin hajoamisnopeus ja painonpudotusnopeus 120 päivän jälkeen on 33%, koska luonnollisen ohran kuoren läsnäolo komposiittimateriaalissa voi absorboida enemmän vettä.
Silloitetun tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin modifiointimenetelmä
Silloittamalla muodostetun kompaktin kolmiulotteisen verkkorakenteen ansiosta silloitetun tärkkelyspohjaisen hajoavan muovin suorituskykyä on parannettu jossain määrin, mutta se ei silti saavuta yleisen muovin standardeja. Siksi on tarpeen modifioida sitä edelleen, mukaan lukien sekoittaminen muiden polymeerimateriaalien kanssa, nanomateriaalin parantaminen, monimodifiointi, päällysteen hydrofobinen pinnoite jne.
01
Luonnollinen polymeerisekoitusmuutos
Verkkorakenteinen glukomannaani voi estää tärkkelyksen laskeutumisen ja on hyödyllistä sekoitusjärjestelmän yhteensopivuuden parantamiseksi. Sitten järjestelmään lisätään sopiva määrä PVA: ta sekoittamiseksi. PVA tarjoaa kalvolle paremman vedenkestävyyden ja mekaaniset ominaisuudet, mutta järjestelmän yhteensopivuus heikkenee.
Transglutaminaasi lisättiin glyserolipehmitettyyn saagotärkkelys / kala-gelatiiniseokseen ja valmistettiin vesitiivis ja joustava tärkkelyspohjainen kalvo silloittamalla entsyymi proteiinin aminoryhmiin. Muunnetun kalvon WVP pienenee, murtovenymä kasvaa ja vetolujuus pienenee.
Glutaarialdehydi
Käyttämällä glutaraldehydiä silloitusaineena valmistettiin peruna / CS-komposiittisilloitettu kalvo, jolla oli parempi vedenkestävyys, valumenetelmällä. Samanaikaisesti CS antoi kalvolle ainutlaatuiset antibakteeriset ominaisuudet, jolloin se oli saatavana biolääketieteen tai elintarvikkeiden säilyttämisen alalla. laajasti käytetty.
Verrattuna puhtaisiin tärkkelyspohjaisiin kalvoihin tärkkelyspohjaisten kalvojen, jotka on sekoitettu ja silloitettu muihin biopolymeereihin, ominaisuudet paranevat. Samalla muut biomateriaalit voivat myös tuoda lisää ominaisuuksia tärkkelyspohjaisille kalvoille. Tämän menetelmän tarkoituksena on valmistaa uusien tärkkelyspohjaisten kalvomateriaalien uusi suuntaus.
02
Hajoavan polyesterin sekoitusmuunnos
Tärkkelyksen sekoittaminen hajoavaan polyesteriin polyesterin' erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ja vedenkestävyyden avulla voi tehokkaasti kompensoida tärkkelyskalvon puutteen suorituskyvyn suhteen. Sekoitusjärjestelmissä useiden aineiden yhteensopivuus on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa materiaalien mekaanisiin ominaisuuksiin.
ECH: ta ja glyseriiniä käytetään tärkkelyksen modifioimiseen, ja sitten modifioitu tärkkelys sekoitetaan PLA: n kanssa ja kalvo valmistetaan kuumapuristusprosessilla. Tärkkelysmolekyylien hydroksyyliryhmät silloitetaan ECH-molekyylien avulla eetteriryhmien muodostamiseksi, mikä muuttaa tärkkelyksen hydrofiilisyyttä. Tärkkelyksen silloittaminen ja plastisoiminen modifikaatio parantaa sen yhteensopivuutta PLA: n kanssa ja parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia.
Kun tärkkelys / PVA / CA-pitoisuussuhde on 3: 3: 0,08, seoskalvolla on paras kokonaissuorituskyky; seoskalvon veden imeytyminen on 54,31 kertaa sen oma paino ja mekaaninen vetolujuus 46,45 MPa.
PVA: n lisäämisen takia kalvolla on voimakas antibakteerinen aktiivisuus ruokaa sisältäville patogeenisille bakteereille Listeria ja Escherichia coli.
Tuoreiden viikunapakkausten testitulokset osoittavat, että CA-seostetulla kolmikomposiittikalvolla on vesihöyrynläpäisevyys, se voi tehokkaasti estää hedelmien mätänemisen ja pinnan huurtumisen ja sillä on korkea vedenpidätyskyky ja vedenkestävyys.
Kalvolla on suuri potentiaali huurtumista estävissä pakkauskalvoissa ja aktiivisten elintarvikkeiden pakkaussovelluksissa erittäin läpäisevien tuoreiden maataloustuotteiden pakkaamiseen.
CA-silloitettu PVA / tärkkelys-komposiittikalvo, joka voidaan levittää haavasidoksiin, valmistettiin valumenetelmällä. Verrattuna vastaaviin pakkaamiseen tarkoitettuihin muovikalvoihin, valmistetulla PVA / tärkkelys-komposiittikalvolla on suurempi joustavuus, matalampi kimmomoduuli, korkeampi liukoisuus- ja turpoamisindeksi sekä erinomainen hajoamisnopeus in vitro ja antibakteeriset ominaisuudet, On erinomainen haavasidosmateriaali.
03
Nano-täyteaineella vahvistettu muunnos
Hajoavan polyesterin lisäksi selluloosa ja nanohiukkaset ovat myös viime vuosina yleisesti käytettyjä täyteaineita tärkkelyspohjaisten hajoavien muovien mekaanisten ominaisuuksien tutkimiseen.
Selluloosananokuiduilla (CNF) ja selluloosananokiteillä (CNC) on parempi tärkkelyskalvon vahvistava vaikutus, ja CNF: llä on paremmat vahvistavat vaikutukset kuin CNC: llä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että sekä selluloosa että tärkkelys ovat polysakkarideja, ja näillä kahdella on samanlainen rakenne, ja hydroksyyliryhmien välille muodostuu helposti voimakkaita vetysidoksia, mikä johtaa erittäin voimakkaaseen rajapintojen kiinnittymiseen.
Selluloosananokuitu
CNC: llä on neulamainen morfologia, jolla on korkea kiteisyys; kun taas CNF: llä on verkkorakenne, jolla on suurempi kuvasuhde, korkeampi takertuminen tärkkelykseen ja suurempi molekyylien välinen vuorovaikutus. Tämä vahva liitäntä parantaa tärkkelyspohjaisten kalvomateriaalien mekaanisia ominaisuuksia.
Vahamainen maissitärkkelys sekoitettiin mikro / nano-selluloosan (MFC) kanssa ja 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihapon silloitetut tärkkelyspohjaiset komposiitit valmistettiin valumenetelmällä.
Silloitettu kalvo, jonka MFC-pitoisuus on 15 painoprosenttia, ilman pehmittimiä
Tarjoamme patentoitua täysin biohajoavaa kalvoa ja PVA-pussia, kaikki tuotteet valmistetaan valulaitteilla. Se eroaa perinteisistä puhallusmuovaustuotteista, kaikki puhallusmuovaus tuotteet eivät ole täysin biologisesti hajoavia. Voimme tuottaa PVA-kalvoja ja -pusseja täysin läpinäkyvinä ja eri väreinä. ja PVA-kalvo on sileämpi kuin perinteiset puhallusmuovaustuotteet.
Tarjoamme myös orgaanisesta materiaalista täysin biohajoavaa kalvoa ja laukkuja patentoidulla raaka-aineella ja tuotantoprosessilla.
Lisää PVA-kalvo- ja pussituotteita saat käymällä osoitteessa:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/