Тълкуване на разградими пластмаси на базата на нишесте: омрежване и модификация
Въведение: Нишестето е естествено и възобновяемо полимерно съединение. Поради своето изобилие, лесна наличност и ниска цена, нишестето се използва широко в изследванията на разградими пластмаси. Понастоящем биоразградимите пластмаси на базата на нишесте представляват около 50% от съществуващите търговски биоразградими пластмаси и са били използвани във филми за опаковане на храни, селскостопански филми за мулчиране, разпенени пластмасови кутии за обяд и медицински скелета за инженерни кости 41. Въпреки това, поради по отношение на молекулярната структура на нишестето, обработваемостта на самото нишесте е лоша. В сравнение с традиционните пластмаси, механичните свойства и бариерните свойства на разградимите пластмаси на базата на нишесте са значително намалени и те не могат да бъдат рекламирани допълнително в търговската мрежа. Следователно физическата или химическата модификация на нишестето е много важна. Омрежването е един от основните методи за модифициране на нишестето. Твърдо свързаната триизмерна мрежова структура, образувана чрез омрежване, подобрява междумолекулното взаимодействие, като по този начин се получава разграждащ се материал с добра топлоустойчивост, водоустойчивост, висока якост и гъвкавост.
изображение
Метод на омрежване на разградима пластмаса на базата на нишесте
Омрежването е процес на свързване на линейни или разклонени полимерни вериги в мрежов полимер чрез образуване на ковалентни връзки. Съгласно различните методи на омрежване, омрежените пластмаси на основата на нишесте могат да бъдат разделени на химически омрежени деградируеми пластмаси на базата на нишесте и фоторазградими пластмаси на базата на нишесте.
1
Химично омрежване
Химичното омрежване е реакцията на омрежващ агент, съдържащ бинарни или множество функционални групи с хидроксилните групи на молекулата на нишестето, за да образува групи като диетерни връзки или диестерни групи, като по този начин омрежва множество молекули на нишесте, за да образува пространствена мрежа Структурноподобен полимерен метод. Често използваните омрежващи агенти са глутаралдехид, епихлорохидрин (ECH), натриев триметафосфат (STMP), лимонена киселина (CA) и ябълчена киселина. Свойствата на разградимите пластмаси на основата на нишесте, приготвени с различни омрежващи агенти, също са различни.
През последните години, с енергичното популяризиране на концепциите за опазване на околната среда, тип CA" зелен" нетоксичните омрежващи агенти стават все по-популярни сред изследователите и се превръщат в основните омрежващи агенти за омрежване на разградими пластмаси на базата на нишесте. Според времето, когато се добавя омрежаващият агент, химичното омрежване може да бъде разделено на омрежване (т.е. омрежващият агент се добавя, за да реагира по време на процеса на полимерно формоване) и след омрежване (т.е., след като материалът се формира, импрегниран от разтвора на омрежващия агент) Методът причинява омрежване между молекулите).
2
Фотокросинг
Фотоомрежването е метод за добавяне на фотосенсибилизатор към нишестената система, за да се разложи на свободни радикали под облъчване с ултравиолетова светлина (UV) и да се използва фотосенсибилизаторът за полимеризация на хидроксилните групи в нишестето за омрежване на молекулите на нишестето. . При фотоомрежването за получаване на разградими пластмаси на основата на нишесте, дозата на радиация и концентрацията на фотосенсибилизатора са най-важните фактори, влияещи върху степента на омрежване на материала. В сравнение с химическия метод за омрежване, методът за фото-омрежване не изисква хидротермално оборудване и реагенти за омрежване, по-безопасен е и по-екологичен и е лесен за работа и реакцията е лесна за управление. Той може да бъде адаптиран към мащабно непрекъснато производство на материали и е подходящ за хидрогелове на биологична основа. , Изготвяне на материали за доставка на лекарства и др.
Ефектът на омрежването върху свойствата на разградимите пластмаси на базата на нишесте
1
Водоустойчивост
Водоустойчивостта е едно от важните условия за тестване на стандартите за приложение на биоразградими мембранни материали. Въпреки това, поради естествената хидрофилност на нишестето, филмовите материали на базата на нишесте обикновено проявяват по-силна хидрофилност и по-висока пропускливост. Модификацията на омрежване прави нишестето с плътно свързана триизмерна мрежова структура, която може ефективно да предотврати навлизането и миграцията на водните молекули. Водопоглъщането, набъбването и скоростта на предаване на водни пари (WVP) често се използват за характеризиране на водоустойчивостта на материалите на базата на нишесте.
2
Механично поведение
При ежедневното производство и живот опаковъчните филмови материали трябва да имат известна здравина и гъвкавост, за да запазят своята цялост по време на обработката. Омрежването установява междумолекулни и вътремолекулни връзки, прави молекулните вериги на скорбялата по-дълги, подобрява междумолекулните взаимодействия и води до повишена якост на опън на материала и намалено удължаване при скъсване. Най-общо казано, добавянето на малко количество омрежващ агент може да отговори на изискванията за ефективност на продукта. Когато степента на омрежване е ниска, дължината на нишестените молекули, налични за плъзгане, се увеличава. С непрекъснатото увеличаване на степента на омрежване се подобряват междумолекулните и вътремолекулните взаимодействия и се увеличава якостта на опън, но в същото време се ограничава и междумолекулното приплъзване, което води до намаляване на удължението при скъсване на материала и крехкостта. Нишестето има силна хидрофилност. Ако в системата има твърде много нишесте, междумолекулната сила ще бъде отслабена, след като материалът абсорбира вода, което значително намалява якостта на опън на материала. В допълнение към степента на омрежване и съдържание на нишесте, RH има и по-голямо влияние върху механичните свойства на разградимите пластмаси на базата на нишесте. Когато RH е 40%, механичните свойства на нишестената основа са най-добри. Твърде ниската RH може да направи материала крехък и да се счупи на парчета при разтягане; когато RH е твърде висока, голямо количество водни молекули навлизат в пластмасовия лист като пластификатор и якостта на опън намалява. Времето на втвърдяване и температурата на втвърдяване също са важни фактори, влияещи върху неговите механични свойства.
3
Разградимост
Разградимостта е най-голямото предимство на материалите на базата на нишесте. Биоразграждането на материали на основата на нишесте обикновено се причинява от биологичната активност на гъби, бактерии и други микроорганизми при естествени условия като почвата или при определени специфични условия като условия за компостиране или във водни разтвори на култура. Методът за погребване на почвата използва микроорганизми за ерозия на нишестето в него и отделяне на ензими, което намалява здравината на материала. Пластмасата и металната сол в почвата се подлагат на автоокисление, за да генерират пероксиди, които насърчават разкъсването на полимерни молекулярни вериги и се превръщат в нискомолекулни вещества. , Което се превръща в H2O и CO2. Методът за компостиране използва микроорганизми за контрол на превръщането на разградимите органични вещества в твърди отпадъци в стабилен хумус, H2O и CO2 при условия на кислород. Омрежването увеличава силата на междумолекулно и вътрешномолекулно взаимодействие и намалява степента на разграждане на материала. При нормални обстоятелства степента на разграждане на разградимите пластмаси на базата на нишесте е положително корелирана със съдържанието на нишесте и времето на заравяне на почвата, а степента на разграждане е положително корелирана със съдържанието на нишесте, влажността на околната среда, степента на омрежване и съдържанието на пластификатор.
Метод на модификация на омрежена разградима пластмаса на базата на нишесте
Поради компактната триизмерна мрежова структура, образувана чрез омрежване, ефективността на омрежените нишесте на разградими пластмаси е подобрена до известна степен, но все още не отговаря на стандартите на общите пластмаси. Следователно е необходимо да се модифицира допълнително, включително смесване с други полимерни материали, подобряване на наноматериали, многократно модифициране, покритие хидрофобно покритие и др.
1
Модификация на смесване от естествен полимер
Geng Shengrong и други използваха STMP, за да омрежат смесителната система от нишесте и коняк на прах и приготвиха разградим филм за смес с добра водоустойчивост и механични свойства чрез метода за леене на филм. Резултатите от това проучване показват, че глюкомананът с мрежова структура може да инхибира утаяването на нишестето и е от полза за подобряване на съвместимостта на смесената система. След това към системата се добавя подходящо количество PVA, за да се смеси. PVA осигурява на филма по-добра водоустойчивост и механични свойства, но съвместимостта на системата става лоша. Li et al. използва глутаралдехид като омрежващ агент за приготвяне на картофено / CS композитен омрежен филм с по-добра водоустойчивост чрез метода на леене. В същото време CS даде на филма уникални антибактериални свойства, което му позволява да се използва в биомедицината или консервирането на храни. Полето се използва широко. В сравнение с чистите филми на базата на нишесте, свойствата на филмите на базата на нишесте, които са смесени и омрежени с други биополимери, се подобряват. В същото време други биоматериали също могат да придадат някои допълнителни свойства на филмите на базата на нишесте. Този метод е да се подготви новата тенденция на нови мембранни материали на базата на нишесте.
2
Модификация на смесване на разградим полиестер
Смесването на нишестето с разграждащ се полиестер, с помощта на отлични механични свойства и водоустойчивост на полиестер&# 39, може ефективно да компенсира липсата на ефективност на нишестените филми. За смесителните системи съвместимостта на множество вещества е важен фактор, влияещ върху механичните свойства на материалите. ECH и глицеринът се използват за модифициране на нишестето и след това модифицираното нишесте се смесва с PLA и филмът може да се приготви чрез процеса на горещо пресоване. Хидроксилните групи на нишестените молекули са омрежени от ECH молекули, за да образуват етерни групи, като по този начин променят хидрофилността на нишестето. Резултатите показват, че модификацията на омрежване и пластифициране на нишесте подобрява неговата съвместимост с PLA и подобрява механичните му свойства. Може да се приготви трикомпонентен смесен филм с различни съотношения на нишесте / PVA / CA.
3
Модифицирана подсилена с нано пълнител
В допълнение към разградимите полиестери, целулозата и наночастиците също са пълнители, често използвани през последните години за изследване на механичните свойства на разградимите пластмаси на основата на нишесте. Изследвания на Balakrishnan et al. са показали, че целулозните нановолокна (CNF) и целулозните нанокристали (CNC) имат по-добър укрепващ ефект върху нишестените мембрани, а CNF имат по-добър укрепващ ефект от CNC. Това се дължи главно на факта, че и целулозата, и нишестето са полизахариди и двете имат сходни структури и между хидроксилните групи лесно се образуват силни водородни връзки, което води до изключително силна междинна адхезия. CNC имат иглеподобна морфология с висока кристалност; докато CNF имат мрежова структура с голямо съотношение на страните, висока степен на заплитане с нишесте и по-голямо взаимодействие между молекулите. Подобрява механичните свойства на филмовите материали на базата на нишесте.
4
Модификация на хидрофобно покритие
За да се подобри водоустойчивостта на филма на базата на нишесте, той може също да бъде обработен на повърхността, като покритие с хидрофобно покритие. Накиснете подготвения пшеничен глутенов филм и пенообразна тава с нишесте в разтвора на триацетат-дихлорометан. Бавното изпаряване на разтворителя ще образува покривен филм върху повърхността на материала. Триацетатното нишестено покритие значително подобрява водоустойчивостта на материала. Когато се използва PLA като суровина за покриване на пяна на основата на нишесте, въпреки че PLA покритието има слаба съвместимост с пяната, тя все пак подобрява плътността, якостта на опън и ударната якост на пяната.
5
Множество химически модификации
Ефективността на омрежените филмови материали на базата на нишесте, приготвени чрез цялостно използване на множество методи за модификация, е по-добра от тази на единично омрежен модифициран нишестен филм. Множество химически модификации са основната тенденция за подобряване на ефективността на разградимите филми на базата на нишесте. Когато омреженият окислен нишестен филм (C-OS филм) и окисленият омрежен нишестен филм (O-CS филм) се приготвят съответно с водороден прекис и борна киселина, O-CS филмът има повече предимства поради частичното разграждане на молекулите на нишестето поради първото окисление. Високата хидрофилност прави филма по-гъвкав; C_OS филмът има по-висока степен на омрежване поради първото омрежване и филмът има по-добра водоустойчивост и здравина. Хидрофобният и липофилен композитен полиол пластифициран модифициран нишесте се приготвя чрез последователно извършване на STMP омрежване, обработка на повърхността на алуминатен свързващ агент и пластифициране на сложен пластификатор върху царевично нишесте и след това смесването му с PCL и каландрирането му във филм, хидрофобността на филма може да бъдат значително подобрени. Sukhija et al. използва STMP като омрежващ агент и натриев хипохлорит като окислител за приготвяне на омрежено окислено двойно модифицирано нишесте от лотосов корен, смесва го с концентриран суроватъчен протеин, глицерин и кора от живовляк и го приготвя по метода на отливането. Получава се филм на базата на нишесте и термичната стабилност, механичните свойства и водоустойчивостта на филма се подобряват значително. Многократното модифициране не само подобрява експлоатационните характеристики на материала, но също така увеличава производствените разходи за материали на базата на нишесте. Ето защо изборът на по-малко методи за модификация, за да се постигне по-добра производителност, е фокусът на бъдещите изследвания върху разградими пластмаси на базата на нишесте.
Посоката на бъдещото развитие на омрежените пластмаси на базата на нишесте
Използването на омрежени нишестени разградими пластмаси е един от важните методи за облекчаване на проблема с" бял" замърсяване. Въпреки това, след години на изследвания и разработки, материалът все още не е масово произведен и приложен, главно поради разходите и производителността си. Напълно омрежената разградима пластмаса на базата на нишесте има отлични разграждащи свойства, но нейните механични свойства и водоустойчивост са трудни за постигане на стандартите на общите пластмаси. За да се получат напълно разградими пластмаси на базата на нишесте, които отговарят на изискванията за употреба, простото омрежване на модификацията на нишесте далеч не е достатъчно. Това трябва да се постигне чрез цялостно прилагане на сложни методи за модификация или смесване с полиестер. В резултат на това високите разходи неизбежно ще възпрепятстват търговското популяризиране на материали. Понастоящем цената на омрежената нишестена напълно разградима пластмаса, произведена на пазара, е 4-10 пъти по-висока от тази на пластмасите с общо предназначение. Те се използват главно в аутсорсинга и опаковането на някои козметични продукти от висок клас и някои медицински консумативи (като хирургически конци и капсули за освобождаване на лекарства). ).
Нишестето обаче е една от най-конкурентните суровини за пластмаси на биологична основа и има широки перспективи за приложение в стратегиите за устойчиво развитие. Понастоящем разграждащите се с нишесте пластмасови смеси от полиестер са най-зрелите и напълно разградими продукти на пазара. В бъдеще изследователите трябва да се посветят на разработването на евтини и високоефективни разградими пластмаси на базата на нишесте. Съществуват основно следните насоки за изследване:
1. В процеса на модифициране трябва да се използват безопасни и екологични методи за модификация, а зелените добавки и добавките, които не замърсяват, да се използват колкото е възможно повече, за да се улесни тяхното разграждане или компостиране.
2. За смесени разградими пластмаси на основата на нишесте, количеството на използваното нишесте трябва да бъде увеличено колкото е възможно повече, като се предположи, че отговарят на изискванията за ефективност, за да се намалят производствените разходи на материала; в същото време смесите трябва да имат добра съвместимост, за да получат отлични механични свойства.
3. Въведете нови материали, за да придадете многофункционални свойства на разградими пластмаси на базата на нишесте, като добавяне на хитозан, PVA и др., За да придадете на нишесте антибактериални свойства, добавяне на колофон и др., За да придадете на основата на нишесте анти-ултравиолетови свойства, разширяване на приложението на пазара на разградими пластмаси на базата на нишесте.
4. Разработване на нови процеси за намаляване на енергийната консумация на производството на материали, като например използването на подобрени методи за формоване, методи за формоване чрез екструзионно издуване и т.н. .
Ние предлагаме патентован пълен биоразградим филм и PVA торба, всички продукти се произвеждат чрез оборудване за леене. Той се различава от традиционните продукти за формоване, всички продукти за формоване не са биоразградими. Можем да произвеждаме pva филми и торбички в напълно прозрачни и различни цветове. и PVA фолиото е по-гладко от традиционните продукти за формоване с формоване.
Ние също така предлагаме органичен материал, напълно биоразградим филм и торби с патентована суровина и производствен процес.
За повече PVA филми и торбички, моля, посетете ни:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/