Vágyakozik a legújabb keményítőalapú biológiailag lebomló műanyag módosítási technológiára?
Az 1930-as és 1940-es évek óta a műanyag az acél, a fa és a cement után a negyedik új fő alapanyag-típus lett a könnyű súly, az alacsony költség és az erős plaszticitás előnyei miatt. Az általános célú műanyag termékeket nagy mennyiségben eldobják, és az ebből eredő&"fehér szennyezés GG"; óriási nyomást gyakorolt az ökológiai környezetre. Ugyanakkor az olaj mint megújuló erőforrás végül kimerül.
Ezért az elmúlt években a világ országai egymás után kiadták a GG-t; átfogó tilalmak, önkéntes megállapodások és egyéb módszerek révén ösztönözni a szakembereket és a fogyasztókat a zöld és környezetbarát lebomló műanyagok használatára.
A lebontható műanyagok típusai
Polikaprolakton (PCL)
Politejsav (PLA)
Polivinil-alkohol (PVA), polihidroxi
Alkil-észter (PHA)
keményítő
Cellulóz
Nátrium-alginát (SA)
Kitozán (CS)
Fehérjealapú bioalapú műanyagok
A keményítő természetes és megújuló polimer vegyület. Bősége, könnyű hozzáférhetősége és alacsony ára miatt a lebomló műanyagok előnyben részesítik.
Jelenleg a keményítőalapú lebomló műanyagok a meglévő kereskedelmi forgalomban lebontható műanyagok körülbelül 50% -át teszik ki, és széles körben használják élelmiszer-csomagoló filmekben, mezőgazdasági mulcsfóliákban, habosított műanyag ebédládákban és orvosi csontszövet-fejlesztő állványokban.
A hagyományos műanyagokkal összehasonlítva azonban a keményítőalapú lebomló műanyagok mechanikai tulajdonságai és gátló tulajdonságai nagymértékben csökkentek, és kereskedelemben nem lehet őket tovább népszerűsíteni. Ezért a keményítő fizikai vagy kémiai módosítása nagyon fontos.
A térhálósítás a keményítő módosításának egyik fő módszere. A térhálósítással kialakított szorosan összekapcsolt háromdimenziós hálózati szerkezet fokozza az intermolekuláris kölcsönhatást, ezáltal egy jó hőállósággal, vízállósággal, nagy szilárdsággal és rugalmassággal bomló anyagot eredményez.
A keményítő szerkezete és tulajdonságai
A keményítő egy polimer szénhidrát, amelyet több glükózmolekula dehidratálása és polimerizációja képez.
A keményítő granulátum formájában széles körben jelen van a magasabb rendű növények gyökereiben, gumóiban, gyümölcseiben és leveleiben. Jelenleg a keményítőt előállító fő növények a búza, a kukorica és a burgonya.
A keményítő főként amilózból és amilopektinből áll:
Az amilóz erősen kristályos és forró vízben feloldódhat anélkül, hogy paszta lenne;
Az amilopektin oldhatatlan hideg vízben, de forró vízzel pasztává duzzad.
A különböző keményítőforrások összetevőinek tartalma és tulajdonságai eltérőek. Többféle tulajdonság átfogó összehasonlítása: a burgonyakeményítő jobb retrogression és átlátszósággal rendelkezik, a legjobb penészállósággal, mechanikai tulajdonságokkal és vízállósággal rendelkezik, és a legalkalmasabb membránanyagok előállítására.
(a) amilóz (b) amilopektin
Különböző forrásokból származó keményítők összetételének és tulajdonságainak összehasonlítása
Keményítőalapú lebomló műanyag keresztkötési módszere
A térhálósítás olyan folyamat, amelyben a lineáris vagy elágazó láncú polimer láncok kovalens kötésekkel kapcsolódnak össze, hogy hálózatot vagy ömlesztett polimert alkossanak. Különböző térhálósítási módszerek szerint a térhálósított keményítőalapú lebomló műanyagok kémiailag térhálósított keményítőalapú lebomló műanyagokra és fotóhálózatú keményítőalapú lebomló műanyagokra oszthatók.
01
Kémiai térhálósítás
A kémiai térhálósítás egy bináris vagy több funkciós csoportot tartalmazó térhálósítószer reakciója a keményítőmolekulák hidroxilcsoportjaival olyan csoportok kialakítására, mint dieter kötések vagy diészter csoportok, ezáltal több keményítő molekula térhálósítása térbeli hálózat kialakításához A polimer négyzet alakú szerkezete.
Általában alkalmazott térhálósító szerek a glutáraldehid, az epiklórhidrin (ECH), a nátrium-trimetafoszfát (STMP), a citromsav (CA) és az almasav. A különböző térhálósító szerekkel előállított keményítőalapú lebontható műanyagok tulajdonságai szintén eltérőek.
Citromsav
Az adipinsav keresztkötésű film rendelkezik a legjobb fényáteresztő és gátló tulajdonságokkal. A bórsavval térhálósított film rendelkezik a legnagyobb szilárdsággal, míg a CA térhálósított film a legnagyobb rugalmassággal; a mikrotopográfia azt mutatja, hogy az adipinsav és a borax térhálós filmek jobbak, mint a bórsavak. A térhálósított film szerkezete egységesebb és keményítő / PHA kompozit filmek előállítására alkalmasabb.
Az egyes minták pásztázó elektronmikroszkópos felvétele
Az elmúlt években a környezetvédelmi koncepciók erőteljes népszerűsítésével a CA típusú&"zöld GG"; a nem mérgező térhálósító szerek egyre népszerűbbek a kutatók körében, és a keményítőalapú lebontható műanyagok térhálósításának fő térhálósító anyagaiivá váltak.
Keményítőalapú lebomló műanyag
A térhálósító szer hozzáadásának időpontja szerint a kémiai térhálósítás felosztható:
Térhálósítás (azaz térhálósító szer hozzáadása a polimer öntés közbeni reakcióhoz)
Post-térhálósítás (vagyis az anyag kialakulása után térhálósodás történik a molekulák között a térhálósító szer-oldat mártási módszerén keresztül).
Ha a térhálósítás szükséges mértékét a térhálósítás alkalmazásával nem lehet elérni, akkor fontolóra lehet venni a térhálósítást. A térhálósító reakciók nagy részét a keményítő paszta folyadékban hajtják végre, és a reakció hőmérsékletének el kell érnie a keményítő zselatinizációs hőmérsékletét.
02
Photocrosslinking
A fotokapcsolás egy olyan módszer, amely fényérzékenyítőt ad a keményítő rendszerhez, hogy azt ultraibolya fény (UV) besugárzás alatt szabad gyökökké bontsa, és a fényérzékenyítővel a keményítőben lévő hidroxilcsoportokat polimerizálja a keményítőmolekulák keresztkötésére. .
A keményítőalapú lebomló műanyagok előállítására szolgáló fotokristályosodás során a sugárzás dózisa és a fényérzékenyítő koncentrációja a legfontosabb tényező, amely befolyásolja az anyag térhálósodásának mértékét.
A kémiai térhálósítási módszerrel összehasonlítva a foto-térhálósítási módszer nem igényel hidrotermikus berendezéseket és térhálósító reagenseket, biztonságosabb és környezetbarátabb, egyszerűen kezelhető, és a reakció könnyen irányítható. Alkalmazható nagy mennyiségű folyamatos anyaggyártáshoz, és alkalmas bioalapú hidrogélekhez. , Kábítószer-szállító anyagok elkészítése stb.
A térhálósodás hatása a keményítőalapú lebomló műanyagok tulajdonságaira
01
Vízállóság
A vízállóság a bioalapú lebomló membránanyagok alkalmazási szabványainak tesztelésének egyik fontos feltétele. A keményítő természetes hidrofilitása miatt azonban a keményítőalapú filmanyagok általában erősebb hidrofilitást és nagyobb permeabilitást mutatnak. A térhálósító módosítás révén a keményítő szorosan kapcsolódik háromdimenziós hálózati struktúrához, ezek a hálózatok hatékonyan megakadályozhatják a vízmolekulák bejutását és migrációját. A keményítőalapú anyagok vízállóságának jellemzésére gyakran alkalmaznak vízfelvételt, duzzadást és vízgőzáteresztési sebességet (WVP).
Keményítő alap film
02
Mechanikus viselkedés
A mindennapi gyártás és élet során a csomagolófóliáknak bizonyos szilárdsággal és rugalmassággal kell rendelkezniük, hogy megőrizzék integritásukat a feldolgozás során. A térhálósítás intermolekuláris és intramolekuláris kapcsolatokat hoz létre, meghosszabbítja a keményítő molekuláris láncait, és fokozza az intermolekuláris interakciókat, ami az anyag megnövelt szakítószilárdságát és a szakadáskor megnyúlás csökkenését eredményezi.
Általánosságban elmondható, hogy kis mennyiségű térhálósító szer hozzáadása megfelel a termék teljesítménykövetelményeinek. Ha a térhálósodás mértéke alacsony, a csúszáshoz rendelkezésre álló keményítőmolekulák hossza megnő. A térhálósodás fokának folyamatos növekedésével az intermolekuláris és az intramolekuláris kölcsönhatások fokozódnak, és a szakítószilárdság nő, ugyanakkor a molekulák közötti csúszás is korlátozott, ami az anyag törési nyúlásának csökkenéséhez vezet és ridegséget mutat.
A keményítő hidrofil képessége rendkívül erős. Ha a rendszer keményítőtartalma túl sok, akkor az intermolekuláris erő meggyengül, miután az anyag felszívja a vizet, ami nagymértékben csökkenti az anyag szakítószilárdságát.
A térhálósodás mértéke és a keményítőtartalom mellett a relatív páratartalom is nagyobb hatással van a keményítőalapú lebomló műanyagok mechanikai tulajdonságaira. Ha a relatív páratartalom 40%, akkor a keményítőalapú lemezek mechanikai tulajdonságai a legjobbak. A túl alacsony relatív páratartalom törékennyé teheti az anyagot, és nyújtáskor darabokra törik; ha a relatív páratartalom túl magas, nagy mennyiségű vízmolekula lép be a műanyag lapba lágyítószerként, és a szakítószilárdság csökken.
A keményedési idő és a keményedési hőmérséklet szintén fontos tényező, amely befolyásolja annak mechanikai tulajdonságait. Ha az oxidált szacharóztartalom 5 tömeg%, a glicerin tartalom 15 tömeg%, a kikeményedési idő 5 perc és a keményedési hőmérséklet 180 ° C, a keményítőfilm mechanikai tulajdonságai optimálisak (a szakítószilárdság 23 MPa, a szakadási nyúlás 60%).
Amikor a keményedési idő rövid, a térhálósodás nem elegendő a keményítőmolekulák közötti hálózat kialakításához, és az intermolekuláris interakció gyenge. Ha a keményedési idő túl hosszú, a keményítő csontváza megsemmisül, ami a szakítószilárdság csökkenéséhez és a szakadási nyúláshoz vezet. Ugyanakkor a térhálósításhoz kellően magas kötési hőmérséklet szükséges, hogy biztosítsák a vízmolekulák hatékony eltávolítását a térhálósító reakciórendszerből.
Keményítő alapú műanyag alapanyagok
A lágyító adalék mennyisége nem lehet túl sok. A keményítőfilm áteresztőképessége növekszik a lágyító koncentrációjának növekedésével, de amikor koncentrációja meghaladja a kritikus határt, fázisszétválás következik be. Ezenkívül egyes térhálósító szerek egyidejűleg térhálósító szerként és lágyítószerként is működhetnek a keményítőalapú filmanyagokban.
A CA-nak ilyen kétirányú hatása van. Amikor a CA-tartalom meghaladja a 10 tömeg% -ot, a CA-felesleg lágyítószerként működik, ami a szakítószilárdság csökkenését és a szakadáskor megnyúlás növekedését eredményezi. A PVA / keményítő kompozitok CA-tartalmának 5 tömeg% -ról 30 tömeg% -ra való növekedése nem csökkentette szignifikánsan a szakítószilárdságot, de a szakadási nyúlás jelentősen megnőtt. A térhálósodás és a plasztikáció együttes hatása a keményítőalapú anyagok összetett teljesítményváltozásához vezet. Az ilyen típusú térhálósító szerek esetében a megfelelő adagolási mennyiség javíthatja a keményítőalapú lebomló műanyagok teljesítményét, és túl sok lágyítószerként fog működni, ami hátrányosan befolyásolja az anyag teljesítményét.
03
Lebonthatóság
A keményítőalapú anyagok legnagyobb előnye a lebonthatóság. A keményítőalapú anyagok biológiai lebomlását általában a gombák, baktériumok és más mikroorganizmusok biológiai aktivitása okozza természetes körülmények között, például talajban, vagy bizonyos speciális körülmények között, például komposztálási körülmények között vagy vizes tenyészoldatokban.
A talaj temetkezési módja mikroorganizmusokat használ fel a benne lévő keményítő erodálására és enzimek kiválasztására, ami csökkenti az anyag szilárdságát. A talajban lévő műanyag és fémsó autooxidáción megy keresztül, és peroxidokat képez, amelyek elősegítik a polimer molekulaláncainak megszakadását és alacsony molekulájú anyagokká válnak. , Melyből H2O és CO2 válik.
A komposzt lebomlása
A komposztálási módszer mikroorganizmusokkal szabályozza a szilárd hulladékban lebomló szerves anyagok átalakulását oxigén körülmények között stabil humuszmá, H2O-vá és CO2-vé.
A térhálósítás fokozza az intermolekuláris és az intramolekuláris kölcsönhatást, és csökkenti az anyag lebomlási sebességét. Normális körülmények között a keményítőalapú lebomló műanyagok lebomlási foka pozitívan korrelál a keményítőtartalommal és a talaj temetkezési idejével, a lebomlási sebesség pedig pozitívan korrelál a keményítőtartalommal, a környezeti páratartalommal, a térhálósodás mértékével és a lágyítószer-tartalommal.
A temetés mélysége nincs nyilvánvaló hatással a film degradációs sebességére; a film súlycsökkenési aránya 15 napon belül 48,70%, amelynek biológiai lebonthatósága tökéletes.
A talaj komposztáló rendszerében felszabaduló CO2 mennyisége jellemzi a CA térhálósított magas amilóztartalmú árpakeményítő bioplasztikák lebonthatóságát. A műanyagok lebomlási sebessége 20 napon belül viszonylag magas, és 20 nap elteltével jelentősen csökken. 100 nap elteltével a lebomlási sebesség megegyezik a talaj referencia arányával, és az anyag teljesen lebomlik. Ugyanakkor kiderült, hogy a térhálósított keményítőalapú lebomló műanyagok lebomlási sebessége jóval lassabb, mint a keményítőszemcséké.
A módosított árpahéj fokozza a PVA / keményítő térhálósított kompozit film lebomlását a természetes talaj környezetében. E tanulmány eredményei azt mutatják, hogy a térhálósított PVA / térhálósított keményítő film súlycsökkenési aránya alacsonyabb, mint a PVA / keményítő filmé. A természetes árpahéj / PVA / térhálósított keményítő-összetett fólia lebomlási sebessége a legnagyobb, a súlyvesztés aránya 120 nap után 33%, mivel a természetes árpahéj jelenléte az összetett anyagban több vizet képes felszívni.
A térhálósított keményítőalapú lebomló műanyag módosítási módszere
A térhálósítással kialakított kompakt háromdimenziós hálózati szerkezet miatt a térhálósított keményítőalapú lebomló műanyagok teljesítménye bizonyos mértékben javult, de még mindig nem éri el az általános műanyagok normáit. Ezért tovább kell módosítani, ideértve a keverést más polimer anyagokkal, a nanoanyag növelését, a többszörös módosítást, a bevonat hidrofób bevonását stb.
01
Természetes polimer keverés módosítása
A hálózati struktúrájú glükomannán gátolhatja a keményítő ülepedését, és hasznos a keverőrendszer kompatibilitásának javításában. Ezután a keveréshez megfelelő mennyiségű PVA-t adunk a rendszerhez. A PVA jobb vízállóságot és mechanikai tulajdonságokat biztosít a film számára, de a rendszer kompatibilitása gyenge lesz.
Transzglutaminázt adunk a glicerinnel lágyított szágó keményítő / hal zselatin keverékhez, és vízálló és rugalmas keményítő alapú filmet készítünk az enzim és a fehérje aminocsoportjainak keresztkötésével. A módosított film WVP-je csökken, a szakadásra nyújtott nyúlás nő és a szakítószilárdság csökken.
Glutáraldehid
A glutáraldehidet térhálósító szerként öntési módszerrel jobb vízállóságú burgonya / CS kompozit térhálósított filmet készítettünk. Ugyanakkor a CS egyedülálló antibakteriális tulajdonságokat adott a filmnek, elérhetővé téve azt a biomedicina vagy az élelmiszer-tartósítás területén. széleskörben használt.
A tiszta keményítőalapú filmekhez képest javulnak azok a keményítőalapú filmek tulajdonságai, amelyek más biopolimerekkel vannak keverve és térhálósítva. Ugyanakkor más biológiai anyagok is hozhatnak további tulajdonságokat a keményítőalapú filmekben. Ez a módszer az új keményítőalapú membránanyagok új trendjének előkészítése.
02
A lebontható poliészter keverékmódosítása
A keményítő és a lebontható poliészter keverése a&# 39 poliészter kiváló mechanikai tulajdonságainak és vízállóságának köszönhetően hatékonyan pótolja a keményítőfilm hiányát a teljesítmény szempontjából. A keverőrendszerek esetében több anyag kompatibilitása fontos tényező, amely befolyásolja az anyagok mechanikai tulajdonságait.
A keményítő módosítására ECH-t és glicerint használunk, majd a módosított keményítőt PLA-val összekeverjük, és a filmet forró préseléssel előállítjuk. A keményítőmolekulákon lévő hidroxilcsoportokat az ECH-molekulák keresztkötéssel alkotják étercsoportokat, ezáltal megváltoztatva a keményítő hidrofilitását. A keményítő térhálósítása és plasztikus módosítása javítja a PLA-val való kompatibilitását és javítja mechanikai tulajdonságait.
Ha a keményítő / PVA / CA tartalom arány 3: 3: 0,08, akkor a keverőfilm teljes teljesítménye a legjobb; a keverékfilm vízfelvétele a saját tömegének 54,31-szerese, a mechanikai szakítószilárdság pedig 46,45 MPa.
A PVA hozzáadása miatt a film erős antibakteriális aktivitással rendelkezik az élelmiszer által szállított patogén baktériumok, a Listeria és az Escherichia coli ellen.
A friss füge csomagolásának vizsgálati eredményei azt mutatják, hogy a CA-adalékolt háromrétegű kompozit film vízgőzáteresztő képességgel rendelkezik, hatékonyan megakadályozhatja a gyümölcs rothadását és a felület ködképződését, valamint nagy a vízvisszatartása és vízállósága.
A film nagy potenciállal rendelkezik a ködgátló csomagoló fóliában és az aktív élelmiszer-csomagolási alkalmazásokban a nagy áteresztőképességű friss mezőgazdasági termékek csomagolásában.
Öntési módszerrel készítettünk CA térhálósított PVA / keményítő kompozit fóliát, amely sebkötözőkre alkalmazható. A csomagoláshoz használt hasonló műanyag fóliákkal összehasonlítva az előkészített PVA / keményítő kompozit film nagyobb rugalmassággal, alacsonyabb rugalmassági modulussal, magasabb oldhatósági és duzzadási indexgel, kiváló in vitro lebomlási sebességgel és antibakteriális tulajdonságokkal rendelkezik, kiváló sebkötöző anyag.
03
Nano töltőanyaggal megerősített módosítás
A lebontható poliészter mellett a cellulóz és a nanorészecskék is töltőanyagok, amelyeket az utóbbi években általában a keményítőalapú lebomló műanyagok mechanikai tulajdonságainak tanulmányozására használnak.
A cellulóz nanoszálak (CNF) és a cellulóz nanokristályok (CNC) jobban erősítik a keményítőfilmet, a CNF pedig jobban erősítik, mint a CNC-k. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a cellulóz és a keményítő is poliszacharid, és a kettő hasonló szerkezetű, és a hidroxilcsoportok között könnyen kialakulhatnak erős hidrogénkötések, ami rendkívül erős határfelületi adhéziót eredményez.
Cellulóz nanoszál
A CNC-k tűszerű morfológiájúak, nagy kristályosságúak; míg a CNF-eknek nagyobb a képarányuk, a keményítővel való összefonódásuk nagyobb és az intermolekuláris interakciók nagyobbak. Ez az erős felület javítja a keményítőalapú filmanyagok mechanikai tulajdonságait.
A viaszos kukoricakeményítőt mikro / nano cellulózzal (MFC) kevertük, és öntési módszerrel 1,2,3,4-bután-tetrakarbonsav keresztkötésű keményítőalapú kompozitokat készítettünk.
Térhálósított film 15 tömeg% MFC-tartalommal lágyítószer használata nélkül
Szabadalmaztatott, teljes mértékben biológiailag lebomló fóliát és PVA táskát kínálunk, minden terméket öntőberendezéssel készítünk. Ez különbözik a hagyományos fúvóformázó termékektől, minden fúvóformázó termék nem teljesen biológiailag lebontható. Teljes átlátszó és különböző színű pva filmeket és táskákat tudunk gyártani. és a PVA fólia simabb, mint a hagyományos fúvóformázó termékek.
Szerves anyagból is kínálunk biológiailag lebontható fóliát és szabadalmaztatott nyersanyaggal és gyártási folyamattal ellátott táskákat.
További PVA fólia és táska termékekért látogasson el hozzánk:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/