Kas soovite innukalt tärklisel põhinevat biolagunevat plastist modifitseerimise tehnoloogiat?
Alates 1930. ja 1940. aastatest on plastist saanud kerge, madalate kulude ja tugeva plastilisuse eeliste tõttu terasest, puidust ja tsemendist neljas suurem uut tüüpi põhimaterjal. Üldotstarbelised plasttooted visatakse suures koguses minema ja sellest tulenev&"valge saaste GG"; on tekitanud ökoloogilisele keskkonnale tohutu surve. Samal ajal ammendub nafta kui taastumatu ressurss.
Seetõttu on viimastel aastatel maailma riigid järjest väljastanud GG-d; plastist limiitkorraldusi" julgustada praktikuid ja tarbijaid kasutama rohelist ja keskkonnasõbralikku lagunevat plastikut üldiste keeldude, vabatahtlike kokkulepete ja muude meetodite abil.
Lagunevate plastide tüübid
Polükaprolaktoon (PCL)
Polüpiimhape (PLA)
Polüvinüülalkohol (PVA), polühüdroksü
Alküülester (PHA)
tärklis
Tselluloos
Naatriumalginaat (SA)
Kitosaan (CS)
Valgupõhised biopõhised plastid
Tärklis on looduslik ja taastuv polümeerühend. Oma arvukuse, hõlpsasti kättesaadavuse ja madala hinna tõttu eelistavad seda lagunevad plastikud.
Praegu moodustavad tärklisel põhinevad lagunevad plastid umbes 50% olemasolevast kaubanduslikult lagunevast plastikust ja neid kasutatakse laialdaselt toiduainete pakendikiledes, põllumajanduslikes multšikiledes, vahustatud plastist lõunakastides ja meditsiinilistes luukoe inseneritellingutes.
Kuid võrreldes traditsiooniliste plastidega 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 üks tärklise modifitseerimise põhimeetodeid. Ristsidumisega moodustatud tihedalt ühendatud kolmemõõtmeline võrgustruktuur suurendab molekulidevahelist interaktsiooni, saades seeläbi laguneva materjali, millel on hea kuumuskindlus, veekindlus, kõrge tugevus ja paindlikkus.
Tärklise struktuur ja omadused
Tärklis on polümeersed süsivesikud, mis moodustuvad mitme glükoosimolekuli dehüdratsiooni ja polümerisatsiooni teel.
Tärklist leidub graanulite kujul laialdaselt kõrgemate taimede juurtes, mugulates, viljades ja lehtedes. Praegu on tärklist tootvad peamised põllukultuurid nisu, mais ja kartul.
Tärklis koosneb peamiselt amüloosist ja amülopektiinist:
Amüloos on väga kristalliline ja võib kuumas vees lahustuda ilma pastaks muutumata;
Amülopektiin ei lahustu külmas vees, kuid paisub kuuma veega pastaks.
Erinevatel tärkliseallikatel on erinev koostisosa ja erinevad omadused. Mitme omaduse igakülgne võrdlus on kartulitärklisel parem retrogression ja läbipaistvus ning parim hallituskindlus, mehaanilised omadused ja veekindlus ning see sobib kõige paremini membraanimaterjalide valmistamiseks.
a) amüloos (b) amülopektiin
Erinevatest allikatest pärinevate tärkliste koostise ja omaduste võrdlus
Tärklisel põhineva laguneva plasti ristsidumismeetod
Ristsildamine on protsess, mille käigus lineaarsed või hargnenud polümeerahelad on kovalentsete sidemete abil ühendatud võrgu või lahtise polümeeri moodustamiseks. Erinevate ristsidumismeetodite järgi võib ristsillatud tärklisel põhinevad lagunevad plastid jagada keemiliselt ristsidemetega tärklisel põhinevateks lagunevateks plastikuteks ja fotoristsidemetega tärklisel põhinevateks lagunevateks plastikuteks.
01
Keemiline ristsidumine
Keemiline ristsidumine on binaarseid või mitut funktsionaalset rühma sisaldava ristsiduva aine reaktsioon tärklise molekulide hüdroksüülrühmadega, moodustades sellised rühmad nagu dietersidemed või diesterrühmad, sidudes seeläbi mitu tärklise molekuli, moodustades ruumilise võrgu. Polümeeri ruudukujuline struktuur.
Tavaliselt kasutatakse ristsildavaid aineid: glutaaraldehüüd, epiklorohüdriin (ECH), naatriumtrimetafosfaat (STMP), sidrunhape (CA) ja õunhape. Erinevate ristsiduvate ainete abil valmistatud tärklisel põhinevate lagunevate plastide omadused on samuti erinevad.
Sidrunhape
Parima valguse läbilaskvuse ja barjääriomadustega on adipiinhappe ristseotud kile. Suurima tugevusega on boorhappe ristsidemetega kile, samas kui CA-ga seotud kile on kõige parem paindlikkus; mikrotopograafia näitab, et adipiinhappe ja booraksi ristsidemetega kiled on paremad kui boorhape. Ristseotud kile on ühtlasema struktuuriga ja sobib paremini tärklise / PHA komposiitkilede valmistamiseks.
Iga proovi skaneeriv elektronmikroskoop
Viimastel aastatel on keskkonnakaitsekontseptsioonide jõulise propageerimisega CA-tüüpi&"roheline GG"; mittetoksilised ristsiduvad ained on teadlaste seas üha populaarsemaks muutunud ja neist on saanud tärklisel põhinevate lagunevate plastide ristsildamise peamised ristsiduvad ained.
Tärklisel põhinev lagunev plastik
Ristsildava aine lisamise aja järgi võib keemilise ristsidumise jagada järgmisteks:
Ristsildamine (see tähendab ristsiduva aine lisamine polümeeri vormimisel reageerimiseks)
Post-ristsildamine (see tähendab, et pärast materjali moodustumist toimub molekulide vahel ristsildumine ristsiduva aine lahuse kastmismeetodi kaudu).
Kui ristsidumise abil ei ole võimalik saavutada vajalikku ristsidumise astet, võib kaaluda ristsidumise järgset kasutamist. Enamik ristsidumisreaktsioonidest viiakse läbi tärklisepasta vedelikus ja reaktsioonitemperatuur peaks jõudma tärklise želatiniseerumistemperatuurini.
02
Fotoristsildamine
Fotoristsildamine on meetod tärklisesüsteemi fotosensibilisaatori lisamiseks, et see ultraviolettvalguse (UV) kiirguse all lagundada vabadeks radikaalideks, ja kasutada fotosensibilisaatorit tärklises olevate hüdroksüülrühmade polümeriseerimiseks tärklise molekulide sidumiseks. .
Tärklisel põhinevate lagunevate plastide valmistamiseks fotoristsildamisel on materjali ristsidumisastet mõjutavad kõige olulisemad kiirgusdoos ja fotosensibilisaatori kontsentratsioon.
Võrreldes keemilise ristsildamismeetodiga ei vaja foto-ristsidemeetod 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
01
Veekindlus
Veekindlus on biopõhiste lagunevate membraanimaterjalide rakendusstandardite testimise oluline tingimus. Tärklise loodusliku hüdrofiilsuse tõttu on tärklisel põhinevad kilematerjalid tavaliselt suurema hüdrofiilsuse ja suurema läbilaskvusega. Ristsiduva modifikatsiooni tõttu on tärklisel tihedalt ühendatud kolmemõõtmeline võrgustruktuur, need võrgud suudavad tõhusalt ära hoida veemolekulide sisenemist ja migreerumist. Tärklisel põhinevate materjalide veekindluse iseloomustamiseks kasutatakse sageli veeimavust, turset ja veeauru ülekandekiirust (WVP).
Tärklise aluskile
02
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 ja suurendab molekulidevahelisi interaktsioone, mille tulemuseks on materjali tõmbetugevuse suurenemine ja katkemise pikenemine.
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 suureneb tõmbetugevus, kuid samal ajal on piiratud ka molekulidevaheline libisemine, mis viib materjali purunemise pikenemise vähenemiseni ja näitab rabedust.
Tärklisel on äärmiselt tugev hüdrofiilsus. Kui tärklisesisaldus süsteemis on liiga suur, nõrgeneb molekulidevaheline jõud pärast seda, kui materjal neelab vett, mis vähendab oluliselt materjali tõmbetugevust.
Lisaks ristsidumise astmele ja tärklisesisaldusele on suhtelisel niiskusel suurem mõju ka tärklisel põhinevate lagunevate plastide mehaanilistele omadustele. Kui suhteline õhuniiskus on 40%, on tärklisel põhinevate lehtede mehaanilised omadused parimad. Liiga madal suhteline õhuniiskus võib muuta materjali rabedaks ja venitades tükkideks puruneda; kui suhteline õhuniiskus on liiga kõrge, satub plastifikaatorina plastkile suur hulk veemolekule ja tõmbetugevus väheneb.
Tahkumisaeg ja kõvenemistemperatuur on samuti olulised tegurid, mis mõjutavad selle mehaanilisi omadusi. Kui oksüdeeritud sahharoosisisaldus on 5 massiprotsenti, glütseroolisisaldus 15 massiprotsenti, tahkestumisaeg on 5 minutit ja kõvenemistemperatuur on 180 ° C, on tärklisekile mehaanilised omadused optimaalsed (tõmbetugevus on 23 MPa, pikenemine purunemisel on 60%).
Kui kõvenemisaeg on lühike, ei ole ristsildamine tärklise molekulide vahelise võrgu moodustamiseks piisav ja molekulidevaheline interaktsioon on nõrk. Kui kõvenemisaeg on liiga pikk, hävitatakse tärklise luustik, mis viib tõmbetugevuse vähenemiseni ja pikenemise pikenemiseni. Samal ajal nõuab ristsildamine piisavalt kõrget kõvenemistemperatuuri, et tagada veemolekulide efektiivne eemaldamine ristsildamisreaktsioonide süsteemist.
Tärklisel põhinevad plasttoorained
Plastifikaatori lisakogus ei tohiks olla liiga suur. Tärkliskile läbilaskvus suureneb plastifikaatori kontsentratsiooni suurenemisega, kuid kui selle kontsentratsioon ületab kriitilise piiri, toimub faaside eraldumine. Lisaks võivad mõned ristsiduvad ained samaaegselt toimida tärklisel põhinevates kilematerjalides ristsiduvate ainete ja plastifikaatoritena.
CA-l on selline kahepoolne mõju. Kui CA sisaldus ületab 10 massiprotsenti, toimib liigne CA plastifikaatorina, mille tulemusel väheneb tõmbetugevus ja suureneb katkemise pikenemine. CA sisalduse suurenemine PVA / tärklise komposiitides 5 massiprotsendilt 30 massiprotsendile ei vähendanud tõmbetugevust märkimisväärselt, kuid purunemiskestus suurenes märkimisväärselt. Ristsidumise ja plastifitseerimise koosmõju toob kaasa tärklisel põhinevate materjalide keerukad muutused. Seda tüüpi ristsiduvate ainete korral võib sobiv lisamiskogus parandada tärklisel põhinevate lagunevate plastide toimivust ja liiga palju toimib plastifikaatorina, mis mõjutab materjali toimivust halvasti.
03
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 spetsiifilistes tingimustes, 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 purunemist ja muutuvad madalmolekulaarseteks aineteks. , Millest saab H2O ja CO2.
Komposti lagunemine
Kompostimismeetodis kasutatakse mikroorganisme, et kontrollida tahketes jäätmetes tekkiva laguneva orgaanilise aine muundumist hapniku tingimustes stabiilseks huumuseks, H2O ja CO2.
Ristsildamine suurendab molekulidevahelist ja molekulisisest interaktsioonijõudu ning vähendab materjali lagunemiskiirust. Tavaolukorras on tärklisel põhinevate lagunevate plastide lagunemisaste positiivselt korrelatsioonis tärklisesisalduse ja mulla matmisajaga ning lagunemiskiirus on positiivses korrelatsioonis tärklisesisalduse, keskkonna niiskuse, ristsidumisastme ja plastifikaatorite sisaldusega.
Matmise sügavus ei avalda filmi lagunemiskiirusele ilmset mõju; kile kaalulangus 15 päeva jooksul on 48,70%, millel on täiuslik biolagunevus.
Mulla kompostimissüsteemis vabanenud CO2 kogus iseloomustab CA ristsidemetega kõrge amüloosiga odratärklise bioplastide lagunemist. Plastide lagunemiskiirus on suhteliselt kõrge 20 päeva jooksul ja väheneb oluliselt 20 päeva pärast. 100 päeva pärast on lagunemiskiirus sama kui mulla referentsmäär ja materjal on täielikult lagunenud. Samal ajal leiti, et ristseotud tärklisel põhinevate lagunevate plastide lagunemiskiirus oli palju aeglasem kui tärklise graanulitel.
Modifitseeritud odrakest suurendab ristseotud PVA / tärklise komposiitkile lagunemist looduslikus mullakeskkonnas. Selle uuringu tulemused näitavad, et ristsillatud PVA / ristsillatud tärklise kile kaalukaotuse määr on madalam kui PVA / tärklise kile puhul. Looduslikul odrakestal / PVA / ristseotud tärklise komposiitkilel on kõige suurem lagunemiskiirus ja kaalulangus on 120 päeva pärast 33%, sest loodusliku odrakesta olemasolu komposiitmaterjalis võib imada rohkem vett.
Ristseotud tärklisel põhineva laguneva plasti modifitseerimismeetod
Tänu ristsidumisel tekkivale kompaktsele kolmemõõtmelisele võrgustruktuurile on ristseotud tärklisel põhinevate lagunevate plastide toimivus teatud määral paranenud, kuid see ei saavuta siiski üldplastide standardeid. Seetõttu on vaja seda veelgi modifitseerida, sealhulgas segamine teiste polümeermaterjalidega, nano-materjali täiustamine, mitmekordne modifitseerimine, hüdrofoobse katte katmine jne.
01
Loodusliku polümeeri segamise modifikatsioon
Võrgustiku 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.
Glütserooliga plastifitseeritud saagotärklise / kala želatiini segule lisati transglutaminaas ja ensüümi ristsideme abil valgus sisalduvate aminorühmadega valmistati veekindel ja paindlik tärklisel põhinev kile. Modifitseeritud kile WVP väheneb, murdepikendus suureneb ja tõmbetugevus väheneb.
Glutaaraldehüüd
Kasutades ristsiduva ainena glutaaraldehüüdi, valmistati valamise meetodil parema veekindlusega kartuli / CS-ristsidemega kile. Samal ajal andis CS filmile ainulaadsed antibakteriaalsed omadused, muutes selle kättesaadavaks biomeditsiini või toidu säilitamise valdkonnas. laialdaselt kasutatud.
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.
02
Laguneva polüestri segamodifikatsioon
Tärklise segamine laguneva polüestriga polüestri&# 39 suurepäraste mehaaniliste omaduste ja veekindluse abil võib tärklisekile toimivuse puudumise tõhusalt korvata. Segamissüsteemide jaoks on mitme aine ühilduvus oluline tegur, mis mõjutab materjalide mehaanilisi omadusi.
Tärklise modifitseerimiseks kasutatakse ECH-d ja glütseriini, seejärel segatakse modifitseeritud tärklis PLA-ga ja kile valmistatakse kuumpressimise teel. Tärklisemolekulidel olevad hüdroksüülrühmad on ECH molekulide abil ristsidestatud, moodustades eetrirühmi, muutes seeläbi tärklise hüdrofiilsust. Tärklise ristsildamine ja plastifitseerimine muudab selle ühilduvuse PLA-ga ja parandab mehaanilisi omadusi.
Kui tärklise / PVA / CA sisalduse suhe on 3: 3: 0,08, on segukilel parim üldine jõudlus; segukile veeimavus on 54,31-kordne tema enda mass ja mehaaniline tõmbetugevus 46,45 MPa.
PVA lisamise tõttu on kilel tugev antibakteriaalne toime toiduga levivate patogeensete bakterite Listeria ja Escherichia coli vastu.
Värskete viigimarjapakendite testitulemused näitavad, et kolmekomponentsel CA-lisandiga komposiitkilel on veeauru läbilaskvus, see võib tõhusalt ära hoida puuvilja mädanemist ja pinna udustumist ning sellel on kõrge veepeetus ja veekindlus.
Filmil on suur potentsiaal uduvastases pakendikiles ja toiduainete aktiivpakendirakendustes kõrge läbilaskvusega värskete põllumajandustoodete pakkimiseks.
Valamismeetodil valmistati CA ristsidemetega PVA / tärklise komposiitkile, mida saab haavasidemetele kanda. Võrreldes sarnaste plastpakenditega pakendamiseks on valmistatud PVA / tärklise komposiitkilel suurem paindlikkus, madalam elastsusmoodul, suurem lahustuvus ja turseindeks ning suurepärane in vitro lagunemiskiirus ja antibakteriaalsed omadused. See on suurepärane haavakattematerjal.
03
Nano täiteainega tugevdatud modifikatsioon
Lisaks lagunevale polüestrile on tselluloos ja nanoosakesed ka viimastel aastatel tavaliselt kasutatud tärklisel põhinevate lagunevate plastide mehaaniliste omaduste uurimiseks.
Tselluloosi nanokiududel (CNF) ja tselluloosi nanokristallidel (CNC) on tärkliskile parem tugevdav toime ning CNF-idel on tugevam mõju kui CNC-del. Selle põhjuseks on peamiselt asjaolu, et nii tselluloos kui ka tärklis on polüsahhariidid ja neil kahel on sarnane struktuur ning hüdroksüülrühmade vahel tekivad kergesti tugevad vesiniksidemed, mille tulemuseks on ülitugev pindade adhesioon.
Tselluloosi nanokiud
CNC-del on nõelataoline kõrge kristallilisusega morfoloogia; kui CNF-idel on võrgustruktuur suurema kuvasuhtega, suurem tärklisega haakumise aste ja suurem molekulidevaheline interaktsioon. See tugev liides parandab tärklisel põhinevate kilematerjalide mehaanilisi omadusi.
Vahakujuline maisitärklis segati mikro / nano tselluloosiga (MFC) ja valamismeetodil valmistati 1,2,3,4-butaantetetrakarboksüülhappe ristseotud tärklisel põhinevad komposiidid.
Ristseotud kile MFC sisaldusega 15 massiprotsenti ilma plastifikaatorit kasutamata
Pakume patenteeritud täielikku biolagunevat kile ja PVA kotti, kõik tooted on valmistatud valamisseadmetega. See erineb traditsioonilistest puhumisvormimistoodetest, kõik puhumisvormimistooted ei ole täielikult biolagunevad. Saame toota pva-kilesid ja -kotte täiesti läbipaistvates ja erinevates värvitoonides. 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/