Ar trokštate naujausios biologiškai skaidomos plastiko modifikavimo krakmolo technologijos?
Nuo praėjusio amžiaus 4–4 dešimtmečio plastikas tapo ketvirtu pagrindiniu naujos rūšies pagrindine medžiaga po plieno, medžio ir cemento dėl savo lengvo svorio, mažų sąnaudų ir stipraus plastiškumo privalumų. Bendrosios paskirties plastikiniai gaminiai išmetami dideliais kiekiais, todėl susidaro GG; balta tarša&"; sukėlė didžiulį spaudimą ekologinei aplinkai. Tuo pačiu metu nafta, kaip neatsinaujinantys ištekliai, ilgainiui bus išnaudota.
Todėl pastaraisiais metais pasaulio šalys iš eilės išleido" plastikinius limitinius pavedimus" skatinti visuotinius draudimus, savanoriškus susitarimus ir kitus metodus praktikus ir vartotojus naudoti ekologišką ir aplinkai nekenksmingą skaidomą plastiką.
Skaidomų plastikų rūšys
Polikaprolaktonas (PCL)
Polilaktinė rūgštis (PLA)
Polivinilo alkoholis (PVA), polihidroksi
Alkilo esteris (PHA)
krakmolas
Celiuliozė
Natrio alginatas (SA)
Chitozanas (CS)
Baltymų pagrindu pagaminti biologiniai plastikai
Krakmolas yra natūralus ir atsinaujinantis polimero junginys. Dėl savo gausos, lengvo prieinamumo ir mažos kainos jį palaiko skaidomi plastikai.
Šiuo metu krakmolo pagrindu suskaidomi plastikai sudaro apie 50% esamų komerciškai skaidomų plastikų ir yra plačiai naudojami maisto pakavimo plėvelėse, žemės ūkio mulčiavimo plėvelėse, putplasčio plastikinėse pietų dėžėse ir medicininiuose kaulinio audinio inžinerijos pastoliuose.
Tačiau, palyginti su tradiciniais plastikais, krakmolo pagrindu skaidomų plastikų mechaninės savybės ir barjerinės savybės labai sumažėja ir jų negalima toliau reklamuoti komerciškai. Todėl fizikinė ar cheminė krakmolo modifikacija yra labai svarbi.
Kryžminis ryšys yra vienas iš pagrindinių krakmolo modifikavimo būdų. Tvirtai sujungta trimatė tinklo struktūra, suformuota susiejant, sustiprina tarpmolekulinę sąveiką, tokiu būdu gaunama skaidoma medžiaga, pasižyminti geru atsparumu šilumai, atsparumu vandeniui, dideliu stiprumu ir lankstumu.
Krakmolo struktūra ir savybės
Krakmolas yra polimerinis angliavandenis, susidarantis dehidratuojant ir polimerizuojant kelias gliukozės molekules.
Krakmolo granulių pavidalu yra aukštesnių augalų šaknyse, gumbuose, vaisiuose ir lapuose. Šiuo metu pagrindiniai krakmolą gaunantys augalai yra kviečiai, kukurūzai ir bulvės.
Krakmolą daugiausia sudaro amilozė ir amilopektinas:
Amilozė yra labai kristalinė ir gali ištirpti karštame vandenyje, netapdama pasta;
Amilopektinas netirpsta šaltame vandenyje, tačiau su karštu vandeniu išsipučia pasta.
Skirtingi krakmolo šaltiniai turi skirtingą komponentų kiekį ir skirtingas savybes. Išsamus kelių savybių palyginimas: bulvių krakmolas pasižymi geresniu anti-retrogression ir skaidrumu, geriausiu atsparumu pelėsiui, mechaninėmis savybėmis ir atsparumu vandeniui bei yra tinkamiausias membraninėms medžiagoms ruošti.
a) amilozė; b) amilopektinas
Įvairių šaltinių krakmolo sudėties ir savybių palyginimas
Kietojo krakmolo skaidomo plastiko susiejimo metodas
Kryžminis ryšys yra procesas, kurio metu linijinės arba šakotos polimerų grandinės sujungiamos kovalentinėmis jungtimis, kad susidarytų tinklas arba tūrinis polimeras. Pagal skirtingus kryžminio susiejimo metodus, susietą krakmolo skaidomą plastiką galima suskirstyti į chemiškai susietą krakmolo skaidomą plastiką ir foto kryžminio krakmolo skaidomą plastiką.
01
Cheminis kryžminis ryšys
Cheminis kryžminis susiejimas yra kryžminio sujungimo agento, turinčio dvejetaines ar kelias funkcines grupes, reakcija su krakmolo molekulių hidroksilo grupėmis, sudarant tokias grupes kaip dieterio jungtys arba diesterio grupės, tokiu būdu susiejant kelias krakmolo molekules, kad būtų sudarytas erdvinis tinklas. Kvadratinė polimero struktūra.
Paprastai naudojami kryžminiai agentai yra glutaraldehidas, epichlorhidrinas (ECH), natrio trimetafosfatas (STMP), citrinos rūgštis (CA) ir obuolių rūgštis. Skirtingos krakmolo pagrindu skaidomų plastikų, paruoštų skirtingais kryžminiais jungikliais, savybės taip pat skiriasi.
Citrinos rūgštis
Tinkamiausia adipo rūgšties plėvelė pasižymi geriausiomis šviesos pralaidumo ir barjerinėmis savybėmis. Boro rūgšties sietinė plėvelė turi didžiausią stiprumą, o CA tinklinė plėvelė turi geriausią lankstumą; mikropopografija rodo, kad adipo rūgšties ir borakso tinklinės plėvelės yra geresnės nei boro rūgšties. Tinklinės plėvelės struktūra yra tolygesnė ir tinkamesnė krakmolo / PHA sudėtinėms plėvelėms gaminti.
Kiekvieno mėginio nuskaitymo elektronų mikrografas
Pastaraisiais metais, aktyviai propaguojant aplinkos apsaugos koncepcijas, CA tipo GG; žalias GG; netoksiški kryžminiai agentai tapo vis populiaresni tarp tyrėjų ir tapo pagrindiniais krakmolo pagrindu skaidomų plastikų kryžminio sujungimo agentais.
Skaidomas plastikas krakmolo pagrindu
Pagal susiejimo agento pridėjimo laiką cheminį susiejimą galima suskirstyti į:
Kryžminis ryšys (ty kryžminio jungiklio pridėjimas reaguoti polimerų liejimo metu)
Po kryžminio susiejimo (tai yra, susiformavus medžiagai, kryžminis susiejimas vyksta tarp molekulių, naudojant kryžminio agento tirpalo panardinimo metodą).
Jei reikiamo kryžminio susiejimo laipsnio neįmanoma pasiekti naudojant kryžminį susiejimą, galima svarstyti po kryžminio susiejimo. Dauguma kryžminių reakcijų vyksta krakmolo pastos skystyje, o reakcijos temperatūra turėtų pasiekti krakmolo želatinizacijos temperatūrą.
02
Fotokryptinis ryšys
Fotokryžminis ryšys yra fotosensibilizatoriaus pridėjimas į krakmolo sistemą, kad ultravioletinių spindulių (UV) spinduliuotėje jis suskaidytų į laisvuosius radikalus, o fotosensibilizatoriumi polimerizuoti krakmolo hidroksilo grupes, kad būtų galima susieti krakmolo molekules. .
Fotokryžminio sujungimo būdu, norint paruošti skaidomą krakmolo pagrindu pagamintą plastiką, spinduliuotės dozė ir fotosensibilizatoriaus koncentracija yra svarbiausi veiksniai, darantys įtaką medžiagos susiejimo laipsniui.
Palyginti su cheminio kryžminio susiejimo metodu, foto kryžminio susiejimo metodui nereikia hidroterminės įrangos ir kryžminio jungimo 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
01
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 susijungusią trimatę tinklo struktūrą, šie tinklai 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.
Krakmolo pagrindo plėvelė
02
Mechaninis elgesys
Kasdien gaminant ir gyvenant, 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 ir 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 tempimo stipris, tačiau tuo pat metu ribojamas tarpmolekulinis slydimas, dėl kurio sumažėja medžiagos pailgėjimas lūžio metu. ir rodo trapumą.
Krakmolas pasižymi ypatingai stipriu hidrofilumu. Jei krakmolo kiekis sistemoje yra per didelis, tarpmolekulinė jėga susilpnės medžiagai absorbavus vandenį, o tai labai sumažina medžiagos tempiamąjį stiprumą.
Be kryžminio sujungimo laipsnio ir krakmolo kiekio, santykinė drėgmė taip pat turi didesnę įtaką krakmolo pagrindu skaidomų plastikų mechaninėms savybėms. Kai santykinė oro drėgmė yra 40%, mechaninės krakmolo pagrindu pagamintų lakštų savybės yra geriausios. Per mažas santykinis oro drėgnumas gali padaryti medžiagą trapią ir ištempus suskaidyti į dalis; kai santykinis oro drėgnumas yra per didelis, didelis kiekis vandens molekulių patenka į plastiko lakštą kaip plastifikatorius, o tempimo stipris sumažėja.
Kietėjimo laikas ir kietėjimo temperatūra taip pat yra svarbūs veiksniai, darantys įtaką jo mechaninėms savybėms. Kai oksiduotos sacharozės kiekis yra 5 masės%, glicerolio kiekis yra 15 masės%, kietėjimo laikas yra 5 minutės, o kietėjimo temperatūra yra 180 ° C, mechaninės krakmolo plėvelės savybės yra optimalios (tempimo stipris 23MPa, pailgėjimas lūžio metu yra 60%).
Kai kietėjimo laikas yra trumpas, kryžminio sujungimo nepakanka, kad susidarytų tinklas tarp krakmolo molekulių, o tarpmolekulinė sąveika yra silpna. Jei kietėjimo laikas bus per ilgas, krakmolo griaučiai bus sunaikinti, dėl to sumažės tempimo jėga ir pailgėjimas lūžio metu. Tuo pačiu metu norint susieti tinklus, reikalinga pakankamai aukšta kietėjimo temperatūra, kad būtų užtikrintas efektyvus vandens molekulių pašalinimas iš kryžminių reakcijų sistemos.
Krakmolo pagrindu pagamintos plastikinės žaliavos
Papildomo plastifikatoriaus kiekio neturėtų būti per daug. Krakmolo plėvelės pralaidumas didėja didėjant plastifikatoriaus koncentracijai, tačiau kai jo koncentracija viršija kritinę ribą, atsiras fazių. Be to, kai kurie kryžminiai agentai gali vienu metu veikti kaip kryžminiai agentai ir plastifikatoriai krakmolo pagrindo plėvelės medžiagose.
CA turi tokį dvipusį poveikį. Kai CA kiekis viršija 10 masės%, CA perteklius veikia kaip plastifikatorius, todėl sumažėja tempiamasis stipris ir padidėja pailgėjimas lūžio metu. CA kiekio padidėjimas PVA / krakmolo kompozituose nuo 5 masės% iki 30 masės% tempimo stiprumo reikšmingai nesumažino, tačiau lūžio lūžio pailgėjimas žymiai padidėjo. Bendras kryžminio sujungimo ir plastifikacijos poveikis lemia sudėtingus krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų veikimo pokyčius. Tokio tipo susiejimo agentams tinkamas priedų kiekis gali pagerinti krakmolo skaidomų plastikų veikimą, o per daug veiks kaip plastifikatorius, o tai neigiamai paveiks medžiagos veikimą.
03
Skaidomumas
Skaidymas yra didžiausias krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų privalumas. Krakmolo pagrindu pagamintų medžiagų biologinį skaidymą paprastai lemia 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 automatiškai oksiduojasi, kad susidarytų peroksidai, kurie skatina polimerų molekulinių grandinių lūžimą ir tampa mažos molekulinės medžiagos. , Kuris tampa H2O ir CO2.
Komposto skilimas
Kompostavimo metodas naudoja mikroorganizmus kontroliuoti kietųjų atliekų skaidomų organinių medžiagų virtimą stabiliu humusu, H2O ir CO2 deguonies sąlygomis.
Kryžminis ryšys sustiprina tarpmolekulinę ir intramolekulinę sąveikos jėgą ir sumažina medžiagos irimo 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.
Laidojimo gylis neturi akivaizdaus poveikio filmo degradacijos greičiui; plėvelės svorio netekimo greitis per 15 dienų yra 48,70%, o tai turi biologinį skaidomumą.
Išmetamo CO2 kiekis dirvožemio kompostavimo sistemoje apibūdina CA susietų daug amilozinių miežių krakmolo bioplastikų skaidomumą. Plastikų skaidymo greitis yra santykinai didelis per 20 dienų, o po 20 dienų žymiai sumažėja. Po 100 dienų skaidymo greitis yra toks pat kaip dirvožemio norminis, ir medžiaga yra visiškai suirusi. Tuo pačiu metu buvo nustatyta, kad suskaidytų krakmolo pagrindu skaidomų plastikų skaidymo greitis buvo daug lėtesnis nei krakmolo granulių.
Modifikuota miežių luobelė padidina PVA / krakmolo susietos kompozicinės plėvelės skaidymąsi natūralioje dirvožemio aplinkoje. Šio tyrimo rezultatai rodo, kad susietos PVA / susietos krakmolo plėvelės svorio metimo greitis yra mažesnis nei PVA / krakmolo plėvelės. Natūralių miežių lukštų / PVA / sujungtų krakmolo kompozicinių plėvelių skaidymo greitis yra didžiausias, o svorio netekimo greitis po 120 dienų yra 33%, nes natūralių miežių lukštų buvimas sudėtinėje medžiagoje gali absorbuoti daugiau vandens.
Tinklinio krakmolo skaidomo plastiko modifikavimo metodas
Dėl kompaktiškos trimatės tinklo struktūros, susiformavusios susiejant tinklą, suskaidyto krakmolo pagrindu skaidomų plastikų veikimas buvo tam tikru mastu pagerintas, tačiau jis vis tiek neatitinka bendrųjų plastikų standartų. Todėl būtina jį toliau modifikuoti, įskaitant maišymą su kitomis polimerinėmis medžiagomis, nanomedžiagų stiprinimą, daugkartinį modifikavimą, dangos hidrofobinę dangą ir kt.
01
Natūralaus polimero maišymo modifikacija
Tinklo struktūros gliukomananas gali slopinti krakmolo nusėdimą ir yra naudingas gerinant maišymo 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.
Transglutaminazė buvo pridėta prie glicerolio plastifikuoto sago krakmolo / žuvies želatinos mišinio, o vandeniui atspari ir lanksti krakmolo pagrindu pagaminta plėvelė buvo susieta fermentą su baltymo aminogrupėmis. Modifikuotos plėvelės WVP sumažėja, pailgėjimas lūžio metu padidėja ir tempiamasis stipris mažėja.
Glutaraldehidas
Naudojant glutaraldehidą kaip kryžminį agentą, liejimo metodu buvo paruošta bulvių / CS sudėtinė tinklinė plėvelė, pasižyminti geresniu atsparumu vandeniui. Tuo pačiu metu CS suteikė filmui unikalių antibakterinių savybių, todėl jis buvo prieinamas biomedicinos ar maisto konservavimo srityje. 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 yra parengti naują krakmolo pagrindu pagamintų membraninių medžiagų naują tendenciją.
02
Maišomasis skaidomo poliesterio modifikavimas
Maišant krakmolą su skaidomu poliesteriu, naudojant puikias poliesterio mechanines savybes ir atsparumą vandeniui, galima efektyviai kompensuoti krakmolo plėvelės 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, o plėvelė paruošiama karšto presavimo būdu. Krakmolo molekulių hidroksilo grupės yra susietos ECH molekulėmis, kad susidarytų eterio grupės, taip pakeisdamos krakmolo hidrofiliškumą. Kryžminis ir plastifikuojantis krakmolo modifikavimas pagerina jo suderinamumą su PLA ir pagerina jo mechanines savybes.
Kai krakmolo / PVA / CA kiekio santykis yra 3: 3: 0,08, mišinio plėvelė turi geriausią bendrą našumą; mišinio plėvelės absorbcija vandenyje yra 54,31 karto didesnė už jos paties svorį, o mechaninis tempimo stipris yra 46,45 MPa.
Dėl PVA pridėjimo plėvelė pasižymi stipriu antibakteriniu poveikiu maiste platinamoms patogeninėms bakterijoms Listeria ir Escherichia coli.
Šviežių figų pakavimo bandymų rezultatai rodo, kad trialinė CA-legiruota kompozicinė plėvelė turi vandens garų pralaidumą, gali veiksmingai užkirsti kelią vaisių puvimui ir paviršiaus rūkymui, turi didelį vandens sulaikymą ir atsparumą vandeniui.
Plėvelė turi didžiulį potencialą naudoti priešrūkinėse pakavimo plėvelėse ir aktyviose maisto pakavimo priemonėse, leidžiančiose pakuoti aukštos laidumo šviežius žemės ūkio produktus.
Liejimo metodu buvo paruošta CA sujungta PVA / krakmolo kompozicinė plėvelė, kurią galima uždėti ant žaizdų tvarsčių. Paruošta PVA / krakmolo kompozicinė plėvelė, palyginti su panašiomis pakavimo plastikinėmis plėvelėmis, turi didesnį lankstumą, mažesnį elastingumo modulį, didesnį tirpumo ir patinimo indeksą bei puikų in vitro skaidymo greitį ir antibakterines savybes. Tai puiki žaizdų tvarsliava.
03
Nano užpildu sustiprinta modifikacija
Be skaidomo poliesterio, celiuliozė ir nanodalelės taip pat yra užpildai, pastaraisiais metais dažniausiai naudojami tiriant krakmolo skaidomų plastikų mechanines savybes.
Celiuliozės nanopluoštai (CNF) ir celiuliozės nanokristalai (CNC) turi geresnį stiprinamąjį poveikį krakmolo plėvelei, o CNF - geriau nei CNC. Tai daugiausia lemia tai, kad ir celiuliozė, ir krakmolas yra polisacharidai, o šie abu turi panašią struktūrą, o tarp hidroksilo grupių lengvai susidaro stiprūs vandenilio ryšiai, o tai lemia ypač stiprų sąsają tarp paviršių.
Celiuliozės nanopluoštas
CNC turi adata panašią morfologiją su dideliu kristališkumu; o CNF turi tinklo struktūrą su didesniu kraštinių santykiu, didesniu įsipainiojimo su krakmolu laipsniu ir didesne tarpmolekuline sąveika. Ši tvirta sąsaja pagerina krakmolo pagrindu pagamintų plėvelių medžiagų mechanines savybes.
Vaškinis kukurūzų krakmolas buvo sumaišytas su mikro / nano celiulioze (MFC), o liejimo būdu buvo paruošti 1,2,3,4-butanetetrakarboksirūgšties sietiniai krakmolo pagrindo kompozitai.
Tinklinė plėvelė, kurios MFC kiekis yra 15 masės%, nenaudojant plastifikatoriaus
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/