Tärklisel põhinevate lagunevate plastide tõlgendamine: ristsidumine ja modifitseerimine
Sissejuhatus: tärklis on looduslik ja taastuv polümeerühend. Tärklist kasutatakse selle rohkuse, hõlpsasti kättesaadavuse ja madala hinna tõttu laialt lagunevate plastide uurimisel. Praegu moodustavad tärklisel põhinevad biolagunevad plastid umbes 50% olemasolevast kaubanduslikust biolagunevast plastist ja neid on kasutatud toiduainete pakendikiledes, põllumajanduslikes multšikiledes, vahustatud plastist lõunakastides ja meditsiinilistes luukoe ehitustellingutes. 41 tärklise molekulaarstruktuuri suhtes on tärklise enda töödeldavus halb. Traditsiooniliste plastidega võrreldes on tärklisel põhinevate lagunevate plastide mehaanilised omadused ja tõkkeomadused oluliselt vähenenud ning neid ei saa kaubanduslikult veelgi edendada. Seetõttu on tärklise füüsikaline või keemiline modifitseerimine väga oluline. Ristsildamine on tärklise modifitseerimise üks peamisi meetodeid. Ristsidumisega moodustatud tihedalt ühendatud kolmemõõtmeline võrgustruktuur suurendab molekulidevahelist interaktsiooni, saades seeläbi laguneva materjali, millel on hea kuumuskindlus, veekindlus, kõrge tugevus ja paindlikkus.
pilt
Tärklisel põhineva laguneva plasti ristsidumismeetod
Ristsildamine on lineaarsete või hargnenud polümeerahelate sidumine võrgustatud polümeeriks, moodustades kovalentsed sidemed. Erinevate ristsidumismeetodite järgi võib ristsillatud tärklisel põhinevad lagunevad plastid jagada keemiliselt ristsidemetega tärklisel põhinevateks lagunevateks plastikuteks ja fotoristsidemetega tärklisel põhinevateks lagunevateks plastikuteks.
1
Keemiline ristsidumine
Keemiline ristsidumine on binaarseid või mitut funktsionaalset rühma sisaldava ristsiduva aine reaktsioon tärklise molekuli hüdroksüülrühmadega, moodustades sellised rühmad nagu dietersidemed või diesterrühmad, sidudes seeläbi mitu tärklise molekuli, moodustades ruumilise võrgu Struktuuritaoline polümeermeetod. Tavaliselt kasutatakse ristsildavaid aineid: glutaaraldehüüd, epiklorohüdriin (ECH), naatriumtrimetafosfaat (STMP), sidrunhape (CA) ja õunhape. Erinevate ristsiduvate ainetega valmistatud tärklisel põhinevate lagunevate plastide omadused on samuti erinevad.
Viimastel aastatel on keskkonnakaitsekontseptsioonide jõulise propageerimisega CA-tüüpi &; roheline &; mittetoksilised ristsiduvad ained on teadlaste seas üha populaarsemaks muutunud ja neist on saanud tärklisel põhinevate lagunevate plastide ristsildamise peamised ristsiduvad ained. Ristsildava aine lisamise aja järgi võib keemilise ristsidumise jagada ristsildamiseks (see tähendab, et ristsiduv aine lisatakse polümeeri vormimisprotsessi käigus reageerimiseks) ja ristsidumisele järgnevaks (st pärast materjali moodustumist immutatud) ristsiduva aine lahuse abil). See meetod põhjustab molekulide vahelist ristsidumist).
2
Fotoristsildamine
Fotoristsildamine on meetod tärklisesüsteemi fotosensibilisaatori lisamiseks, et see ultraviolettvalguse (UV) kiirguse all vabadeks radikaalideks lagundada, ja tärklises olevate hüdroksüülrühmade polümeriseerimiseks tärklise molekulide ristseotamiseks kasutada fotosensibilisaatorit. . Tärklisel põhinevate lagunevate plastide valmistamiseks fotoristsildamisel on materjali ristsidumisastet mõjutavad kõige olulisemad kiirgusdoos ja fotosensibilisaatori kontsentratsioon. Võrreldes keemilise ristsidumismeetodiga ei vaja foto-ristsidestamismeetod hüdrotermilisi seadmeid ja ristsiduvate reaktiive, on ohutum ja keskkonnasõbralikum ning seda on lihtne kasutada ja reaktsiooni on lihtne kontrollida. Seda saab kohandada suuremahuliseks pidevaks materjalide tootmiseks ja see sobib biopõhiste hüdrogeelide jaoks. , Ravimite kohaletoimetamise materjalide ettevalmistamine jne.
Ristsidumise mõju tärklisel põhinevate lagunevate plastide omadustele
1
Veekindlus
Veekindlus on biopõhiste lagunevate membraanimaterjalide rakendusstandardite testimise oluline tingimus. Tärklise loodusliku hüdrofiilsuse tõttu on tärklisel põhinevad kilematerjalid tavaliselt suurema hüdrofiilsuse ja suurema läbilaskvusega. Ristsiduvate modifikatsioonide tõttu on tärklisel tihedalt ühendatud kolmemõõtmeline võrgustruktuur, mis võib tõhusalt takistada veemolekulide sisenemist ja migreerumist. Tärklisel põhinevate materjalide veekindluse iseloomustamiseks kasutatakse sageli veeimavust, turset ja veeauru ülekandekiirust (WVP).
2
Mehaaniline käitumine
Igapäevases tootmises ja elus peavad pakkematerjalid olema teatud tugevuse ja paindlikkusega, et säilitada nende terviklikkus töötlemise ajal. Ristsildamine loob molekulidevahelised ja -molekulaarsed ühendused, muudab tärklise molekulaarsed ahelad pikemaks, suurendab molekulidevahelisi vastasmõjusid ning toob kaasa materjali suurenenud tõmbetugevuse ja purunemise vähenemise. Üldiselt võib väikese koguse ristsiduvate ainete lisamine vastata toote toimivusnõuetele. Kui ristsidumise aste on madal, suureneb libisemiseks saadaolevate tärklisemolekulide pikkus. Ristsildamisastme pideva suurenemisega suureneb molekulidevaheline ja molekulisisese interaktsioon ning tõuseb tõmbetugevus, kuid samal ajal on piiratud ka molekulidevaheline libisemine, mis viib materjali purunemise pikenemise vähenemiseni ja rabedus. Tärklisel on tugev hüdrofiilsus. Kui süsteemis on liiga palju tärklist, nõrgeneb molekulidevaheline jõud pärast seda, kui materjal neelab vett, mis vähendab oluliselt materjali tõmbetugevust. Lisaks ristsidumise astmele ja tärklisesisaldusele on RH-l suurem mõju ka tärklisel põhinevate lagunevate plastide mehaanilistele omadustele. Kui RH on 40%, on tärklisel põhineva lehe mehaanilised omadused parimad. Liiga madal RH võib muuta materjali hapraks ja venitades tükkideks puruneda; kui RH on liiga kõrge, satub plastifikaatorina plastkile suur hulk veemolekule ja tõmbetugevus väheneb. Tahkumisaeg ja kõvenemistemperatuur on samuti olulised tegurid, mis mõjutavad selle mehaanilisi omadusi.
3
Lagunevus
Lagunevus on tärklisel põhinevate materjalide suurim eelis. Tärklisel põhinevate materjalide biolagunemine on tavaliselt põhjustatud seente, bakterite ja muude mikroorganismide bioloogilisest aktiivsusest looduslikes tingimustes, näiteks mullas, või teatud eritingimustes, näiteks kompostimistingimustes või vesilahuses. Pinnase matmise meetod kasutab mikroorganisme selles sisalduva tärklise erodeerimiseks ja ensüümide eraldamiseks, mis vähendab materjali tugevust. Mullas olev plastik ja metallisool läbivad autooksiidimise, tekitades peroksiide, mis soodustavad polümeeri molekulaarsete ahelate rebenemist ja muutuvad madalmolekulaarseteks aineteks. , Millest saab H2O ja CO2. Kompostimismeetodis kasutatakse mikroorganisme, et kontrollida tahketes jäätmetes laguneva orgaanilise aine muundumist hapniku tingimustes stabiilseks huumuseks, H2O-ks ja CO2-ks. Ristsildamine suurendab molekulidevahelist ja molekulisisest interaktsioonijõudu ning vähendab materjali lagunemiskiirust. Tavaolukorras on tärklisel põhinevate lagunevate plastide lagunemisaste positiivses korrelatsioonis tärklisesisalduse ja mulla matmisajaga ning lagunemiskiirus on positiivses korrelatsioonis tärklisesisalduse, keskkonna niiskuse, ristsidumisastme ja plastifikaatori sisaldusega.
Ristseotud tärklisel põhineva laguneva plasti modifitseerimismeetod
Ristseostega moodustunud kompaktse kolmemõõtmelise võrgustruktuuri tõttu on ristseotud tärklisel põhinevate lagunevate plastide toimivus küll teatud määral paranenud, kuid see ei vasta ikkagi üldplastide standarditele. Seetõttu on vaja seda veelgi modifitseerida, sealhulgas segamine teiste polümeermaterjalidega, nano-materjali täiustamine, mitmekordne modifitseerimine, hüdrofoobse katte katmine jne
1
Loodusliku polümeeri segamise modifikatsioon
Geng Shengrong ja teised kasutasid tärklise ja konjac-kärbsepulbri segusüsteemi ristsidemeteks STMP-d ja valukile moodustamise meetodi abil valmistasid hea veekindluse ja mehaaniliste omadustega laguneva segukile. Selle uuringu tulemused näitavad, et võrgu struktuuriga glükomannaan võib pärssida tärklise settimist ja on kasulik segamissüsteemi ühilduvuse parandamiseks. Seejärel lisatakse segamiseks sobiv süsteem PVA-d. PVA tagab kile parema veekindluse ja mehaaniliste omadustega, kuid süsteemi ühilduvus muutub kehvaks. Li jt. kasutas ristseotud ainena glutaaraldehüüdi, et valmistada valamise meetodil parema veekindlusega kartuli / CS-ristsidemetega kile. Samal ajal andis CS filmile ainulaadsed antibakteriaalsed omadused, võimaldades seda kasutada biomeditsiinis või toidu säilitamisel. Valdkonda kasutatakse laialdaselt. Võrreldes puhaste tärklisel põhinevate kiledega paranevad teiste biopolümeeridega segatud ja ristsidemetega tärklisel põhinevate kilede omadused. Samal ajal võivad muud biomaterjalid tärklisel põhinevatele filmidele tuua ka mõningaid täiendavaid omadusi. Selle meetodi eesmärk on valmistada uute tärklisel põhinevate membraanimaterjalide uus suundumus.
2
Laguneva polüestri segamodifikatsioon
Tärklise segamine laguneva polüestriga polüestri&# 39 suurepäraste mehaaniliste omaduste ja veekindluse abil võib tõhusalt kompenseerida tärkliskilede toimivuse puudumise. Segamissüsteemide jaoks on mitme aine kokkusobivus oluline materjalide mehaanilisi omadusi mõjutav tegur. Tärklise modifitseerimiseks kasutatakse ECH-d ja glütseriini ning seejärel segatakse modifitseeritud tärklis PLA-ga ja kile saab valmistada kuumpressimisprotsessi abil. Tärklise molekulide hüdroksüülrühmad on ECH molekulide abil ristsidestatud, moodustades eetrirühmi, muutes seeläbi tärklise hüdrofiilsust. Tulemused näitavad, et tärklise ristsiduv ja plastifitseeriv modifikatsioon parandab selle ühilduvust PLA-ga ja parandab selle mehaanilisi omadusi. Kolmekomponentset segukilet saab valmistada erineva tärklise / PVA / CA suhtega.
3
Nano täiteainega tugevdatud modifikatsioon
Lisaks lagunevatele polüestritele on tselluloos ja nanoosakesed ka täiteained, mida viimastel aastatel kasutatakse tärklisel põhinevate lagunevate plastide mehaaniliste omaduste uurimiseks. Uuringud Balakrishnan et al. on näidanud, et tselluloosi nanokiududel (CNF) ja tselluloosi nanokristallidel (CNC) on tärklise membraane paremini tugevdav toime ja CNF-idel on tugevam mõju kui CNC-del. Selle põhjuseks on peamiselt asjaolu, et tselluloos ja tärklis on mõlemad polüsahhariidid ning neil kahel on sarnane struktuur ning hüdroksüülrühmade vahel tekivad kergesti tugevad vesiniksidemed, mille tulemuseks on ülitugev liideste adhesioon. CNC-del on kõrge kristallilisusega nõelataoline morfoloogia; samal ajal kui CNF-idel on võrgustruktuur, millel on suur kuvasuhe, kõrge tärklisega haakumine ja suurem interaktsioon molekulide vahel. See parandab tärklisel põhinevate kilematerjalide mehaanilisi omadusi.
4
Hüdrofoobse katte modifitseerimine
Tärklisel põhineva kile veekindluse parandamiseks saab seda ka pinda töödelda, näiteks katta hüdrofoobse kattega. Leota ettevalmistatud nisugluteenikilet ja vahutavat tärklise salve triatsetaadi-diklorometaani lahuses. Lahusti aeglane lendumine moodustab materjali pinnale kattekile. Triatsetaat-tärklisekate suurendab materjali veekindlust. Kui PLA-d kasutatakse toorainena tärklisel põhineva vahu katmiseks, kuigi PLA-kattekiht ühildub vahtplastiga halvasti, parandab see siiski vahu tihedust, tõmbetugevust ja löögitugevust.
5
Mitu keemilist modifitseerimist
Ristseotud tärklisel põhinevate kilematerjalide toimivus, mis on valmistatud mitmekülgsete modifikatsioonimeetodite abil, on parem kui ühe ristsidemetega modifitseeritud tärklisekilega. Tärklisel põhinevate lagunevate filmide jõudluse parandamiseks on peamine suund mitmekordne keemiline modifikatsioon. Kui ristseotud oksüdeeritud tärkliskile (C-OS-kile) ja oksüdeeritud ristseotud tärklisetekile (O-CS-kile) valmistatakse vastavalt vesinikperoksiidi ja boorhappega, on O-CS-kilel osalise tärklise molekulide lagunemine esimese oksüdeerumise tõttu. Suur hüdrofiilsus muudab kile paindlikumaks; C_OS-kilel on esimese ristsidumise tõttu suurem ristsidumise aste ning kilel on parem veekindlus ja tugevus. Hüdrofoobne ja lipofiilne komposiitpolüooli plastifitseeritud modifitseeritud tärklis valmistati järjestikulise STMP ristsidumise, aluminaadi sidestusaine pinnatöötluse ja liitplastifikaatori plastifitseerimisega maisitärklisel ning seejärel PCL-iga segamise ja kilesse kalandri abil võib kile hüdrofoobne toime oluliselt parandada. Sukhija jt. kasutas ristseotud ainena STMP-d ja oksüdeerijana naatriumhüpokloritit ristseotud oksüdeeritud topeltmodifitseeritud lootosejuurtärklise valmistamiseks, segas seda kontsentreeritud vadakuvalgu, glütseriini ja jahubanaanikestadega ning valmistas seda valamismeetodil. Saadakse tärklisel põhinev kile ning kile termiline stabiilsus, mehaanilised omadused ja veekindlus on oluliselt paranenud. Mitmekordne modifitseerimine mitte ainult ei paranda materjali jõudlust, vaid suurendab ka tärklisel põhinevate materjalide tootmiskulusid. Seetõttu on tärklisel põhinevate lagunevate plastide tulevaste uuringute keskmes parema jõudluse saavutamiseks vähem modifitseerimismeetodite valimine.
Ristseotud tärklisel põhinevate lagunevate plastide tulevane arengusuund
Ristseotud tärklisel põhinevate lagunevate plastide kasutamine on üks olulisi meetodeid, et leevendada &, valge&jt. reostus. Kuid pärast aastaid kestnud uurimis- ja arendustegevust pole materjali veel massiliselt toodetud ja rakendatud, peamiselt selle maksumuse ja jõudluse tõttu. Täielikult ristsillatud tärklisel põhineval laguneval plastil on suurepärased lagunemisomadused, kuid selle mehaanilisi omadusi ja veekindlust on raske saavutada üldplastide standarditele. Tärklisel põhinevate täielikult lagunevate plastide saamiseks, mis vastavad kasutuse nõuetele, ei piisa tärklise lihtsast ristsiduvast modifikatsioonist. See tuleb saavutada komplekssete modifitseerimismeetodite tervikliku rakendamise või polüesteriga segamise teel. Sellest tulenevad suured kulud takistavad paratamatult materjalide ärilist reklaamimist. Praegu on turul toodetud ristseotud tärklisel põhinevate täielikult lagunevate plastide hind 4–10-kordne üldotstarbeliste plastide hind. Neid kasutatakse peamiselt mõne tipptasemel kosmeetika ja mõne meditsiinitarviku (näiteks kirurgilised õmblused ja ravimit vabastavad kapslid) allhanke ja pakendamise teel. ).
Tärklis on aga biopõhiste plastide üks konkurentsivõimelisemaid tooraineid ja sellel on säästva arengu strateegiates laialdased kasutusvõimalused. Praegu on tärklisel lagunevad polüestersegude plastikud kõige küpsemad ja täielikult lagunevad tooted turul. Tulevikus peaksid teadlased pühenduma odavate ja suure jõudlusega tärklisel põhinevate lagunevate plastide väljatöötamisele. Uurimissuunad on peamiselt järgmised:
1. Muutmisprotsessis tuleks kasutada ohutuid ja keskkonnasõbralikke modifitseerimismeetodeid ning nende lagunemise või kompostimise hõlbustamiseks tuleks võimalikult palju kasutada rohelisi ja saastevabu lisaaineid.
2. segatud tärklisel põhinevate lagunevate plastide puhul tuleks materjali tootmiskulude vähendamiseks võimalikult palju suurendada tärklise kasutamist eeldusel, et täidetakse toimivusnõuded; samal ajal peaks segudel olema hea ühilduvus suurepäraste mehaaniliste omaduste saamiseks.
3. Tutvustage uusi materjale, et anda tärklisel põhinevatele lagunevatele plastidele multifunktsionaalseid omadusi, näiteks kitosaani, PVA lisamine jne, et anda tärklisematerjalidele antibakteriaalsed omadused, kampoli lisamine jne, et anda tärklisel põhinevatele materjalidele ultraviolettvastaseid omadusi. laiendada tärklisel põhineva laguneva plasti turu rakendamist.
4. Töötage välja uued protsessid materjalide tootmise energiakulu vähendamiseks, näiteks täiustatud vormimismeetodite, ekstrusioonpuhumisvormimismeetodite jms kasutamine kilevalamismeetodite asemel tärklisel põhinevate lagunevate plastide kaubandusliku pideva massitootmise edendamiseks. .
Pakume patenteeritud täielikult biolagunevat kile ja PVA-kotti, kõik tooted on valmistatud valamisseadmetega. See erineb traditsioonilistest puhumisvormimistoodetest, kõik puhumisvormimistooted ei ole täielikult biolagunevad. Saame toota täiesti läbipaistvates ja erinevates värvides pva-kilesid ja -kotte. ja PVA-kile on siledam kui traditsioonilised löökvormimistooted.
Samuti pakume orgaanilisest materjalist täielikult biolagunevat kilet ja patendeeritud tooraine ja tootmise protsessiga kotte.
PVA-kile ja kottide toodete saamiseks külastage meid:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/