Skaidomų krakmolo pagrindu pagamintų plastikų aiškinimas: susiejimas ir modifikavimas
Įvadas: Krakmolas yra natūralus ir atsinaujinantis polimero junginys. Dėl savo gausos, lengvo prieinamumo ir mažos kainos krakmolas plačiai naudojamas tiriamo plastiko tyrimuose. Šiuo metu biologiškai suyrantis plastikas iš krakmolo sudaro apie 50% esamų komerciškai biologiškai skaidžių plastikų, ir jis buvo naudojamas maisto pakavimo plėvelėse, žemės ūkio mulčiavimo plėvelėse, putplasčio plastikinėse pietų dėžėse ir medicininiuose kaulinio audinio inžinerijos pastoliuose. krakmolo molekulinei struktūrai, pats krakmolo apdirbamumas yra prastas. Lyginant su tradiciniais plastikais, krakmolo pagrindu skaidomų plastikų mechaninės savybės ir barjerinės savybės labai sumažėja ir jų negalima toliau reklamuoti komerciškai. Todėl labai svarbu fiziškai ar chemiškai modifikuoti krakmolą. Kryžminis ryšys yra vienas iš pagrindinių krakmolo modifikavimo būdų. Tvirtai sujungta trimatė tinklo struktūra, suformuota kryžminiu ryšiu, sustiprina tarpmolekulinę sąveiką, tokiu būdu gaunama skaidoma medžiaga, pasižyminti geru atsparumu šilumai, atsparumu vandeniui, dideliu stiprumu ir lankstumu.
vaizdas
Krakmolo skaidomo plastiko kryžminio susiejimo metodas
Kryžminis ryšys yra linijinių arba šakotųjų polimerų grandinių sujungimo į tinklą sujungtas polimeras, formuojant kovalentinius ryšius, procesas. Pagal skirtingus kryžminio susiejimo metodus, susietą krakmolo skaidomą plastiką galima suskirstyti į chemiškai susietą krakmolo skaidomą plastiką ir foto kryžminio krakmolo skaidomą plastiką.
1
Cheminis kryžminis susiejimas
Cheminis kryžminis susiejimas yra kryžminio jungiklio, turinčio dvejetaines ar kelias funkcines grupes, reakcija su krakmolo molekulės hidroksilo grupėmis, sudarant tokias grupes kaip dieterio jungtys arba diesterio grupės, taip susiejant kelias krakmolo molekules, kad būtų sudarytas erdvinis tinklas. Į struktūrą panašus polimero metodas. Dažniausiai naudojami kryžminiai agentai yra glutaraldehidas, epichlorhidrinas (ECH), natrio trimetafosfatas (STMP), citrinos rūgštis (CA) ir obuolių rūgštis. Skirtingos krakmolo pagrindu skaidomų plastikų, paruoštų naudojant skirtingus kryžminimo agentus, savybės taip pat skiriasi.
Pastaraisiais metais, aktyviai propaguojant aplinkos apsaugos koncepcijas, CA tipo &; žalios &; netoksiški kryžminiai agentai tapo vis populiaresni tarp tyrėjų ir tapo pagrindiniais krakmolo pagrindu skaidomų plastikų kryžminio sujungimo agentais. Pagal laiką, kai pridedamas kryžminis agentas, cheminį tinklinį sujungimą galima suskirstyti į susiejimą (tai yra, susiejimo agentas pridedamas reaguoti polimero liejimo proceso metu) ir po kryžminio sujungimo (tai yra po to, kai medžiaga susidaro, impregnuota) tinklinio sujungimo agento tirpalu). Metodas sukelia kryžminį ryšį tarp molekulių).
2
Fotokryptinis susiejimas
Fotokryžminis ryšys yra fotosensibilizatoriaus pridėjimo į krakmolo sistemą metodas, siekiant jį ultravioletinių spindulių (UV) spinduliuotėje skaidyti į laisvuosius radikalus, o fotosensibilizatoriumi polimerizuoti krakmolo hidroksilo grupes, kad būtų galima susieti krakmolo molekules. . Fotokryžminio sujungimo būdu, norint paruošti krakmolo pagrindu suskaidomą plastiką, spinduliuotės dozė ir fotosensibilizatoriaus koncentracija yra svarbiausi veiksniai, turintys įtakos medžiagos susiejimo laipsniui. Palyginti su cheminio kryžminio susiejimo metodu, foto kryžminio susiejimo metodui nereikia hidroterminės įrangos ir kryžminio sujungimo reagentų, jis yra saugesnis ir ekologiškesnis, jį paprasta valdyti, o reakciją lengva valdyti. Jis gali būti pritaikytas didelio masto nepertraukiamai medžiagų gamybai ir yra tinkamas biologinių hidrogelių gamybai. , Vaistų tiekimo medžiagų paruošimas ir kt.
Kryžminio suskaidymo poveikis krakmolo pagrindu skaidomų plastikų savybėms
1
Vandens pasipriešinimas
Atsparumas vandeniui yra viena iš svarbių sąlygų tiriant biologiškai skaidžių membraninių medžiagų naudojimo standartus. Tačiau dėl natūralaus krakmolo hidrofiliškumo krakmolo pagrindu pagamintos plėvelės paprastai pasižymi stipresniu hidrofiliškumu ir didesniu pralaidumu. Kryžminio modifikavimo dėka krakmolas turi glaudžiai sujungtą trimatę tinklo struktūrą, kuri gali veiksmingai užkirsti kelią vandens molekulių patekimui ir migracijai. Vandens absorbcija, patinimas ir vandens garų perdavimo greitis (WVP) dažnai naudojami apibūdinant krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų atsparumą vandeniui.
2
Mechaninis elgesys
Kasdien gaminant ir eksploatuojant, pakavimo plėvelės medžiagos turi turėti tam tikrą tvirtumą ir lankstumą, kad perdirbimo metu išlaikytų jų vientisumą. Kryžminis ryšys užmezga tarpmolekulinius ir intramolekulinius ryšius, ilgina krakmolo molekulines grandines, sustiprina tarpmolekulines sąveikas, todėl padidėja medžiagos tempiamasis stipris ir sumažėja pailgėjimas lūžio metu. Paprastai tariant, įdėjus nedidelį kiekį susiejimo agento, galima patenkinti produkto našumo reikalavimus. Kai kryžminio susiejimo laipsnis yra mažas, stumdomas krakmolo molekulių ilgis padidėja. Nuolat didėjant kryžminio sujungimo laipsniui, sustiprėja tarpmolekulinė ir intramolekulinė sąveika, padidėja tempiamasis stipris, tačiau tuo pat metu ribojamas tarpmolekulinis slydimas, dėl kurio sumažėja medžiagos pailgėjimas lūžio metu. ir trapumas. Krakmolas pasižymi stipriu hidrofiliškumu. Jei sistemoje yra per daug krakmolo, tarpmolekulinė jėga susilpnės medžiagai absorbavus vandenį, o tai labai sumažina medžiagos tempiamąjį stiprumą. Be kryžminio sujungimo laipsnio ir krakmolo kiekio, RH taip pat turi didesnę įtaką krakmolo pagrindu skaidomų plastikų mechaninėms savybėms. Kai RH yra 40%, mechaninės krakmolo pagrindo lakšto savybės yra geriausios. Per mažas RH gali padaryti medžiagą trapią ir ištemptą suskaidyti į dalis; kai RH yra per didelis, į plastiko lakštą kaip plastifikatorius patenka didelis kiekis vandens molekulių, o tempimo stipris sumažėja. Kietėjimo laikas ir kietėjimo temperatūra taip pat yra svarbūs veiksniai, darantys įtaką jo mechaninėms savybėms.
3
Skaidomumas
Skaidymas yra didžiausias krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų privalumas. Krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų biologinį skaidymą paprastai sukelia grybų, bakterijų ir kitų mikroorganizmų biologinis aktyvumas natūraliomis sąlygomis, tokiomis kaip dirvožemis, arba esant tam tikroms specifinėms sąlygoms, tokioms kaip kompostavimo sąlygos arba vandeniniai kultūros tirpalai. Dirvožemio laidojimo metodas naudoja mikroorganizmus, kad išardytų jame esantį krakmolą ir išskirtų fermentus, o tai sumažina medžiagos stiprumą. Dirvožemyje esanti plastika ir metalo druska savaime oksiduojasi, kad susidarytų peroksidai, kurie skatina polimerų molekulinių grandinių plyšimą ir tampa mažos molekulinės medžiagos. , Kuris tampa H2O ir CO2. Kompostavimo metodas naudoja mikroorganizmus kontroliuoti kietųjų atliekų skaidomų organinių medžiagų virtimą stabiliu humusu, H2O ir CO2 deguonies sąlygomis. Kryžminis ryšys sustiprina tarpmolekulinę ir molekulinę tarpusavio sąveikos jėgą ir sumažina medžiagos skaidymo greitį. Normaliomis sąlygomis krakmolo pagrindu suskaidomų plastikų skilimo laipsnis teigiamai koreliuoja su krakmolo kiekiu ir dirvožemio užkasimo laiku, o skilimo greitis teigiamai koreliuoja su krakmolo kiekiu, aplinkos drėgme, kryžminio sujungimo laipsniu ir plastifikatoriaus kiekiu.
Tinklinio krakmolo skaidomo plastiko modifikavimo metodas
Dėl kompaktiškos trimatės tinklo struktūros, susidariusios susiejant tinklą, suskaidyto krakmolo pagrindu skaidomų plastikų veikimas buvo tam tikru mastu pagerintas, tačiau jis vis dar neatitinka bendrųjų plastikų standartų. Todėl būtina jį toliau modifikuoti, įskaitant maišymą su kitomis polimerinėmis medžiagomis, nanomedžiagų stiprinimą, daugkartinį modifikavimą, dangos hidrofobinę dangą ir kt.
1
Natūralaus polimero maišymo modifikacija
Gengas Shengrongas ir kiti, naudodami STMP, susiejo krakmolo ir konjako musės miltelių mišinio sistemą ir liejimo plėvelės formavimo metodu paruošė skaidomą mišinio plėvelę, pasižyminčią geru atsparumu vandeniui ir mechaninėmis savybėmis. Šio tyrimo rezultatai rodo, kad gliukomananas, turintis tinklo struktūrą, gali slopinti krakmolo nusėdimą ir yra naudingas gerinant mišinių sistemos suderinamumą. Tada į sistemą pridedamas atitinkamas PVA kiekis, kad susimaišytų. PVA suteikia plėvelei geresnį atsparumą vandeniui ir mechanines savybes, tačiau sistemos suderinamumas tampa prastas. Li ir kt. panaudojo glutaraldehidą kaip kryžminį agentą bulvių / CS kompozicinei tinklinei plėvelei, turinčiai geresnį atsparumą vandeniui, paruošti liejimo metodu. Tuo pačiu metu CS suteikė filmui unikalių antibakterinių savybių, leidžiančių jį naudoti biomedicinoje ar maisto konservuose. Laukas plačiai naudojamas. Palyginti su gryno krakmolo pagrindu pagamintomis plėvelėmis, krakmolo pagrindu pagamintų plėvelių, sumaišytų ir susietų su kitais biopolimerais, savybės pagerėja. Tuo pačiu metu kitos biomedžiagos taip pat gali suteikti papildomų savybių krakmolo pagrindu pagamintoms plėvelėms. Šis metodas skirtas paruošti naują krakmolo pagrindu pagamintų membraninių medžiagų naują tendenciją.
2
Maišomasis skaidomo poliesterio modifikavimas
Maišant krakmolą su skaidomu poliesteriu, naudojant puikias mechanines savybes ir atsparumą vandeniui, galima veiksmingai kompensuoti krakmolo plėvelių veikimo trūkumą. Maišymo sistemose daugelio medžiagų suderinamumas yra svarbus veiksnys, turintis įtakos medžiagų mechaninėms savybėms. Krakmolui modifikuoti naudojami ECH ir glicerinas, tada modifikuotas krakmolas sumaišomas su PLA, ir plėvelę galima paruošti karšto presavimo būdu. Krakmolo molekulių hidroksilo grupės yra susietos ECH molekulėmis, kad susidarytų eterio grupės, taip pakeisdamos krakmolo hidrofiliškumą. Rezultatai rodo, kad kryžminis krakmolo modifikavimas ir plastifikavimas pagerina jo suderinamumą su PLA ir pagerina jo mechanines savybes. Trikampio mišinio plėvelę galima paruošti su skirtingu krakmolo / PVA / CA santykiu.
3
Nano užpildu sustiprinta modifikacija
Be skaidomų poliesterių, celiuliozė ir nanodalelės taip pat yra užpildai, pastaraisiais metais dažniausiai naudojami tiriant krakmolo pagrindu skaidomų plastikų mechanines savybes. Tyrimai, atlikti Balakrishnan ir kt. parodė, kad celiuliozės nanopluoštai (CNF) ir celiuliozės nanokristalai (CNC) turi geresnį stiprinamąjį poveikį krakmolo membranoms, o CNF - geresnį stiprinantį poveikį nei CNC. Tai daugiausia lemia tai, kad celiuliozė ir krakmolas yra ir polisacharidai, ir šie abu turi panašią struktūrą, be to, tarp hidroksilo grupių lengvai susidaro stiprūs vandenilio ryšiai, o tai lemia ypač stiprų sąsają tarp paviršių. CNC turi adata panašią morfologiją su dideliu kristališkumu; o CNF turi tinklo struktūrą su dideliu kraštinių santykiu, dideliu įsipainiojimo su krakmolu laipsniu ir didesne molekulių sąveika. Tai pagerina krakmolo pagrindu pagamintų plėvelinių medžiagų mechanines savybes.
4
Hidrofobinis dangos modifikavimas
Siekiant pagerinti krakmolo pagrindu pagamintos plėvelės atsparumą vandeniui, ją taip pat galima apdoroti paviršiumi, pavyzdžiui, padengti hidrofobine danga. Paruoštą kviečių glitimo plėvelę ir putojančią krakmolo dėklą pamirkykite triacetato-dichlormetano tirpale. Lėtai tirpinant tirpiklį ant medžiagos paviršiaus susidarys danga. Triacetato krakmolo danga labai padidina medžiagos atsparumą vandeniui. Naudojant PLA kaip žaliavą krakmolo pagrindu pagamintoms putoms padengti, nors PLA danga blogai suderinama su putomis, ji vis tiek pagerina putplasčio tankį, atsparumą tempimui ir smūgio stiprumą.
5
Daugkartinis cheminis modifikavimas
Tinklinio krakmolo pagrindu pagamintos plėvelės, parengtos visapusiškai naudojant kelis modifikavimo metodus, našumas yra geresnis nei vienos susietos modifikuotos krakmolo plėvelės. Daugybė cheminių modifikacijų yra pagrindinė tendencija pagerinti krakmolo skaidomų plėvelių veikimą. Kai atitinkamai paruošiama susieta oksiduoto krakmolo plėvelė (C-OS plėvelė) ir oksiduota susieta krakmolo plėvelė (O-CS plėvelė) su vandenilio peroksidu ir boro rūgštimi, O-CS plėvelė turi daugiau privalumų dėl dalinio krakmolo molekulių degradacija dėl pirmosios oksidacijos. Dėl didelio hidrofiliškumo filmas tampa lankstesnis; C_OS plėvelė turi didesnį kryžminimo laipsnį dėl pirmojo susiejimo, o plėvelė turi geresnį atsparumą vandeniui ir stiprumą. Hidrofobinis ir lipofilinis sudėtinis poliolio plastifikuotas modifikuotas krakmolas buvo paruoštas nuosekliai atliekant STMP kryžminį sujungimą, aliuminato sujungimo agento paviršiaus apdorojimą ir sudėtinį plastifikatoriaus plastifikavimą kukurūzų krakmole, po to sumaišant jį su PCL ir sukalenderiuojant į plėvelę, plėvelės hidrofobiškumas gali būti gerokai patobulinta. Sukhija ir kt. panaudojo STMP kaip kryžminį jungiklį, o natrio hipochloritą - kaip oksidatorių, kad paruoštų susietą oksiduotą dvigubai modifikuotą lotoso šaknų krakmolą, sumaišė jį su koncentruotu išrūgų baltymu, glicerinu ir gysločio lukštais ir paruošė liejimo būdu. Gaunama krakmolo pagrindu pagaminta plėvelė, o plėvelės šiluminis stabilumas, mechaninės savybės ir atsparumas vandeniui labai pagerėja. Daugkartinis modifikavimas ne tik pagerina medžiagos eksploatacines savybes, bet ir padidina krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų gamybos sąnaudas. Todėl būsimiems krakmolo pagrindu skaidomų plastikų tyrimams daugiausia dėmesio skiriama mažiau modifikavimo metodų, kad būtų pasiektas geresnis našumas.
Kryžminio krakmolo pagrindu suskaidomo plastiko ateities plėtros kryptis
Tinkliniu būdu suskaidyto krakmolo pagrindu skaidomų plastikų naudojimas yra vienas iš svarbių metodų siekiant palengvinti &; tarša. Tačiau po daugelio metų tyrimų ir plėtros medžiaga dar nebuvo masiškai gaminama ir pritaikoma, daugiausia dėl jos kainos ir našumo. Visiškai susietas krakmolo pagrindu suskaidomas plastikas pasižymi puikiomis skilimo savybėmis, tačiau jo mechanines savybes ir atsparumą vandeniui sunku pasiekti bendro plastiko standartus. Norint gauti krakmolo pagrindo visiškai skaidų plastiką, atitinkantį naudojimo reikalavimus, toli gražu nepakanka paprasčiausio kryžminio krakmolo modifikavimo. Tai reikia pasiekti visapusiškai taikant sudėtingus modifikavimo metodus arba sumaišant su poliesteriu. Dėl to susidariusios didelės išlaidos neišvengiamai trukdys reklamuoti medžiagas. Šiuo metu rinkoje pagaminto visiškai suskaidomo krakmolo pagrindo plastiko kaina yra 4–10 kartų didesnė už bendrosios paskirties plastiko kainą. Jie daugiausia naudojami perkant ir pakuojant kai kurias aukščiausios klasės kosmetikos priemones ir kai kurias medicinos priemones (pvz., Chirurginius siūlus ir vaistus atpalaiduojančias kapsules). ).
Tačiau krakmolas yra viena iš konkurencingiausių žaliavų plastikiniams biologiniams pagrindams ir turi plačių perspektyvų tvaraus vystymosi strategijose. Šiuo metu krakmolo skaidomi poliesterio mišiniai yra labiausiai subrendę ir visiškai suyrantys produktai rinkoje. Ateityje mokslininkai turėtų atsidėti pigių ir aukštos kokybės krakmolo skaidomų plastikų kūrimui. Daugiausia yra šios tyrimų kryptys:
1. Modifikavimo procese turėtų būti naudojami saugūs ir aplinkai nekenksmingi modifikavimo metodai, o jų skaidymui ar kompostavimui palengvinti turėtų būti naudojami kuo daugiau žalių ir be taršos priedai.
2. Maišant krakmolo skaidomiems plastikams, sunaudoto krakmolo kiekis turėtų būti kiek įmanoma padidintas, darant prielaidą, kad laikomasi eksploatacinių savybių reikalavimų, kad sumažėtų medžiagos gamybos sąnaudos; tuo pačiu metu mišiniai turėtų būti gerai suderinami, kad gautų puikias mechanines savybes.
3. Pristatykite naujas medžiagas, kurios suteiktų krakmolo skaidomiems plastikams daugiafunkcines savybes, pvz., Pridedant chitozano, PVA ir kt., Kad krakmolo medžiagos gautų antibakterines savybes, kanifolija ir kt. išplėsti krakmolo pagrindu skaidomų plastikų rinkos taikymą.
4. Sukurti naujus procesus, siekiant sumažinti medžiagų gamybos energijos sąnaudas, pavyzdžiui, patobulintų liejimo metodų, ekstruzinio formavimo pūtimo metodus ir kt., Užuot liejant plėvelės metodus, siekiant skatinti komercinę nuolatinę krakmolo skaidomų plastikų masinę gamybą .
Mes siūlome patentuotą pilnai biologiškai skaidomą plėvelę ir PVA maišelį, visi produktai yra pagaminti liejimo įranga. Tai skiriasi nuo tradicinių formavimo pūtimo gaminių, visi pūtimo gaminiai nėra visiškai biologiškai skaidomi. Mes galime gaminti visiškai skaidrių ir įvairių spalvų pva plėveles ir maišelius. o PVA plėvelė yra lygesnė nei tradiciniai pūtimo gaminiai.
Mes taip pat siūlome organinių medžiagų biologiškai skaidomą plėvelę ir maišelius su patentuota žaliava ir gamybos procesu.
Norėdami gauti daugiau PVA plėvelės ir maišelių produktų, apsilankykite pas mus:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/