Ste željni najnovejše tehnologije modifikacije biorazgradljive plastike na osnovi škroba?
Od tridesetih do štiridesetih let prejšnjega stoletja je plastika postala četrta glavna vrsta osnovnega materiala za jeklom, lesom in cementom zaradi svojih prednosti majhne teže, poceni in močne plastičnosti. Izdelki iz plastike za splošno uporabo se zavržejo v velikih količinah in nastali" belo onesnaženje" je povzročil izjemen pritisk na ekološko okolje. Hkrati se bo nafta kot neobnovljivi vir sčasoma izčrpala.
Zato so v zadnjih letih države po svetu zapored izdajale" plastične mejne ukaze" spodbuditi izvajalce in potrošnike k uporabi zelene in okolju prijazne razgradljive plastike z obsežnimi prepovedmi, prostovoljnimi sporazumi in drugimi metodami.
Vrste razgradljive plastike
Polikaprolakton (PCL)
Polilaktična kislina (PLA)
Polivinil alkohol (PVA), polihidroksi
Alkil ester (PHA)
škrob
Celuloza
Natrijev alginat (SA)
Hitosan (CS)
Plastika na osnovi beljakovin
Škrob je naravna in obnovljiva polimerna spojina. Zaradi številčnosti, enostavne razpoložljivosti in nizke cene mu daje prednost razgradljiva plastika.
Trenutno razgradljiva plastika na osnovi škroba predstavlja približno 50% obstoječe komercialno razgradljive plastike in se pogosto uporablja v folijah za pakiranje živil, kmetijskih filmih za zastirko, penastih plastičnih kosih za kosilo in medicinskih odrih za inženirsko kostno tkivo.
Vendar pa se v primerjavi s tradicionalno plastiko mehanske lastnosti in pregradne lastnosti razgradljive plastike na osnovi škroba močno zmanjšajo in jih ni mogoče tržno promovirati. Zato je fizikalna ali kemična sprememba škroba zelo pomembna.
Zamreževanje je ena glavnih metod modifikacije škroba. Tesno povezana tridimenzionalna mrežna struktura, oblikovana s premreževanjem, krepi medmolekularno interakcijo in s tem dobi razgradljiv material z dobro toplotno odpornostjo, vodoodpornostjo, visoko trdnostjo in prožnostjo.
Struktura in lastnosti škroba
Škrob je polimerni ogljikov hidrat, ki nastane z dehidracijo in polimerizacijo več molekul glukoze.
Škrob je pogosto prisoten v koreninah, gomoljih, plodovih in listih višjih rastlin v obliki zrnc. Trenutno so glavni pridelki, ki proizvajajo škrob, pšenica, koruza in krompir.
Škrob je v glavnem sestavljen iz amiloze in amilopektina:
Amiloza je visoko kristalinična in se lahko raztopi v vroči vodi, ne da bi postala pasta;
Amilopektin ni topen v hladni vodi, vendar nabrekne v pasto z vročo vodo.
Različni viri škroba imajo različno vsebnost sestavin in različne lastnosti. Izčrpna primerjava več lastnosti krompirjevega škroba ima boljšo protistrosijo in prosojnost ter najboljšo odpornost na plesni, mehanske lastnosti in vodoodpornost ter je najprimernejši za pripravo membranskih materialov.
(a) amiloza (b) amilopektin
Primerjava sestave in lastnosti škroba iz različnih virov
Metoda zamreženja razgradljive plastike na osnovi škroba
Zamreževanje je postopek, pri katerem so linearne ali razvejane polimerne verige povezane s kovalentnimi vezmi, da tvorijo mrežo ali polimer v razsutem stanju. V skladu z različnimi metodami zamreženja lahko zamreženo razgradljivo plastiko na osnovi škroba delimo na kemično zamreženo razgradljivo plastiko na osnovi škroba in foto zamreženo razgradljivo plastiko na osnovi škroba.
01
Kemično zamreženje
Kemično zamreženje je reakcija zamreževalnega sredstva, ki vsebuje binarne ali več funkcionalnih skupin, s hidroksilnimi skupinami na molekulah škroba in tvori skupine, kot so dieterske vezi ali diesterne skupine, s čimer se več molekul škroba poveže v prostorsko mrežo Kvadratna struktura polimera.
Mreže, ki se pogosto uporabljajo, so glutaraldehid, epiklorohidrin (ECH), natrijev trimetafosfat (STMP), citronska kislina (CA) in jabolčna kislina. Različne so tudi lastnosti razgradljive plastike na osnovi škroba, pripravljene z različnimi zamreževalnimi sredstvi.
Citronska kislina
Zamreženi film adipinske kisline ima najboljše lastnosti prepustnosti svetlobe in pregrade. Zamreženi film borove kisline ima največjo trdnost, medtem ko ima zamreženi film CA najboljšo prožnost; mikro-topografija kaže, da so zamreženi filmi adipinske kisline in boraksa boljši od borove kisline. Zamreženi film ima bolj enakomerno strukturo in je bolj primeren za pripravo kompozitnih filmov škroba / PHA.
Optični elektronski mikrograf vsakega vzorca
V zadnjih letih so z močno promocijo konceptov varstva okolja&tipa CA "zeleni GG"; nestrupena sredstva za zamreženje so med raziskovalci postajala vse bolj priljubljena in so postala glavna sredstva za zamreževanje za zamreževanje razgradljive plastike na osnovi škroba.
Razgradljiva plastika na osnovi škroba
Glede na čas dodajanja zamreževalnega sredstva lahko kemično zamreženje delimo na:
Zamreževanje (to je dodajanje sredstva za zamreževanje, da reagira med oblikovanjem polimerov)
Naknadno zamreženje (to pomeni, da po tvorbi materiala pride do zamreženja med molekulami po metodi potapljanja raztopine zamreževalnega sredstva).
Če z uporabo zamreževanja ni mogoče doseči zahtevane stopnje zamreženja, lahko razmislimo o naknadnem zamreževanju. Večina reakcij zamreženja poteka v tekočini škrobne paste, reakcijska temperatura pa mora doseči temperaturo želatinizacije škroba.
02
Fotocrosslinking
Photocrosslinking je metoda dodajanja fotosenzibilizatorja v škrobni sistem, ki ga razgradi v proste radikale pod ultravijoličnim svetlobnim (UV) obsevanjem, fotosenzibilizator pa za polimerizacijo hidroksilnih skupin v škrobu za premreževanje molekul škroba. .
Pri fotokomrežiranju za pripravo razgradljive plastike na osnovi škroba sta najpomembnejša dejavnika, ki vplivata na stopnjo zamreženosti materiala, doza sevanja in koncentracija fotosenzibilizatorja.
V primerjavi s kemično metodo zamreženja metoda foto-zamreženja ne zahteva hidrotermalne opreme in reagentov za zamreženje, je varnejša in okolju prijaznejša, enostavna za uporabo in reakcijo je enostavno nadzorovati. Lahko ga prilagodimo obsežni neprekinjeni proizvodnji materialov in je primeren za hidrogele na biološki osnovi. , Priprava materialov za dostavo zdravil itd.
Učinek zamreženja na lastnosti razgradljive plastike na osnovi škroba
01
Vodoodpornost
Vodoodpornost je eden pomembnih pogojev za preizkušanje standardov uporabe biološko razgradljivih membranskih materialov. Zaradi naravne hidrofilnosti škroba pa filmski materiali na osnovi škroba običajno kažejo močnejšo hidrofilnost in večjo prepustnost. Zaradi modifikacije zamreževanja ima škrob tesno povezano tridimenzionalno mrežno strukturo, ki lahko učinkovito preprečuje vstop in migracijo molekul vode. Vodo absorpcija, otekanje in hitrost prenosa vodne pare (WVP) se pogosto uporabljajo za označevanje vodoodpornosti materialov na osnovi škroba.
Škrobni osnovni film
02
Mehansko vedenje
Pri vsakodnevni proizvodnji in življenju morajo imeti materiali za embalažo določeno trdnost in prilagodljivost, da med obdelavo ohranijo svojo celovitost. Zamreževanje vzpostavlja medmolekularne in intramolekularne povezave, podaljšuje molekularne verige škroba in krepi medmolekularne interakcije, kar ima za posledico povečano natezno trdnost materiala in zmanjšano raztezanje ob prelomu.
Na splošno lahko dodajanje majhne količine zamreževalnega sredstva izpolni zahteve glede učinkovitosti izdelka. Ko je stopnja zamreženja nizka, se dolžina molekul škroba, ki so na voljo za drsenje, poveča. Z nenehnim naraščanjem stopnje zamreženja se medmolekularne in intramolekularne interakcije povečajo in poveča se natezna trdnost, hkrati pa se omeji tudi medmolekularno zdrs, kar vodi do zmanjšanja raztezka ob prelomu materiala in kaže krhkost.
Škrob ima izjemno močno hidrofilnost. Če je vsebnost škroba v sistemu prevelika, bo medmolekularna sila oslabljena, potem ko material absorbira vodo, kar močno zmanjša natezno trdnost materiala.
Poleg stopnje zamreženosti in vsebnosti škroba ima relativna vlaga večji vpliv tudi na mehanske lastnosti razgradljive plastike na osnovi škroba. Ko je relativna vlažnost zraka 40%, so mehanske lastnosti listov na osnovi škroba najboljše. Zaradi prenizke relativne vlažnosti lahko material postane krhek in se pri raztezanju zlomi na koščke; ko je relativna vlažnost previsoka, v plastično folijo kot mehčalec vstopi velika količina molekul vode in natezna trdnost se zmanjša.
Čas strjevanja in temperatura strjevanja sta prav tako pomembna dejavnika, ki vplivata na njegove mehanske lastnosti. Ko je vsebnost oksidirane saharoze 5 mas.%, Vsebnost glicerola 15 mas.%, Čas strjevanja 5 minut in temperatura strjevanja 180 ° C, so mehanske lastnosti škrobovega filma optimalne (natezna trdnost 23MPa, raztezek pri pretrganju 60%).
Kadar je čas strjevanja kratek, zamreževanje ni dovolj za oblikovanje mreže med molekulami škroba in medmolekularna interakcija je šibka. Če je čas strjevanja predolg, se okostje škroba uniči, kar bo privedlo do zmanjšanja natezne trdnosti in raztezanja ob prelomu. Hkrati zamreženje zahteva dovolj visoko temperaturo strjevanja, da se zagotovi učinkovito odstranjevanje molekul vode iz reakcijskega sistema zamreženja.
Plastične surovine na osnovi škroba
Dodana količina mehčala ne sme biti prevelika. Prepustnost škrobnega filma se poveča s povečanjem koncentracije mehčalca, ko pa njegova koncentracija preseže kritično mejo, pride do ločevanja faz. Poleg tega lahko nekatera zamreževalna sredstva hkrati delujejo kot zamreževalna sredstva in mehčala v filmskih materialih na osnovi škroba.
CA ima tako dvosmeren učinek. Ko vsebnost CA preseže 10 mas.%, Presežek CA deluje kot mehčalo, kar povzroči zmanjšanje natezne trdnosti in povečanje raztezka ob prelomu. Povečanje vsebnosti CA v kompozitih PVA / škrob s 5 mas.% Na 30 mas.% Ni bistveno zmanjšalo natezne trdnosti, vendar se je raztezek ob prelomu znatno povečal. Kombinirani učinek zamreženja in plastificiranja vodi do zapletenih sprememb v lastnostih materialov na osnovi škroba. Za to vrsto zamreževalnega sredstva lahko ustrezna količina dodatka izboljša delovanje razgradljive plastike na osnovi škroba in preveč deluje kot mehčalo, kar bo negativno vplivalo na lastnosti materiala.
03
Razgradljivost
Razgradljivost je največja prednost materialov na osnovi škroba. Biorazgradnjo materialov na osnovi škroba običajno povzroči biološka aktivnost gliv, bakterij in drugih mikroorganizmov v naravnih razmerah, kot so tla, ali pod določenimi posebnimi pogoji, kot so pogoji kompostiranja ali vodne raztopine za gojenje.
Metoda pokopavanja tal uporablja mikroorganizme, ki v njih razjedajo škrob in izločajo encime, kar zmanjša trdnost materiala. Plastika in kovinska sol v tleh se samodejno oksidirata, da nastanejo peroksidi, ki spodbujajo lomljenje polimernih molekularnih verig in postanejo nizko molekularne snovi. , Ki postane H2O in CO2.
Razgradnja komposta
Metoda kompostiranja uporablja mikroorganizme za nadzor pretvorbe razgradljive organske snovi v trdnih odpadkih v stabilni humus, H2O in CO2 pod kisikovimi pogoji.
Zamreževanje povečuje medmolekularno in intramolekularno silo interakcije in zmanjšuje stopnjo razgradnje materiala. V normalnih okoliščinah je stopnja razgradljivosti razgradljive plastike na osnovi škroba pozitivno povezana z vsebnostjo škroba in časom zakopavanja, stopnja razgradnje pa z vsebnostjo škroba, vlago v okolju, stopnjo zamreženosti in vsebnostjo mehčal.
Globina pokopa očitno ne vpliva na stopnjo razgradnje filma; stopnja izgube teže filma v 15 dneh je 48,70%, kar ima popolno biorazgradljivost.
Količina CO2, ki se sprosti v sistemu kompostiranja tal, je značilna za razgradljivost bioplastike z visoko zamreženim amiloznim ječmenovim ječmenom. Stopnja razgradnje plastike je v 20 dneh razmeroma visoka in se po 20 dneh znatno zmanjša. Po 100 dneh je stopnja razgradnje enaka referenčni stopnji tal, material pa se popolnoma razgradi. Hkrati je bilo ugotovljeno, da je bila hitrost razgradnje zamrežene razgradljive plastike na osnovi škroba veliko počasnejša kot pri zrnih škroba.
Spremenjena lupina ječmena povečuje razgradnjo kompozitne folije PVA / škroba v naravnem okolju tal. Rezultati te študije kažejo, da je stopnja izgube teže zamreženega filma PVA / premreženega škroba nižja kot pri foliji PVA / škrob. Kompozitna folija iz naravne ječmenove lupine / PVA / zamreženega škroba ima najvišjo stopnjo razgradnje, stopnja izgube teže po 120 dneh pa je 33%, ker lahko prisotnost naravne ječmenove lupine v sestavljenem materialu absorbira več vode.
Metoda modifikacije zamrežene razgradljive plastike na osnovi škroba
Zaradi kompaktne tridimenzionalne mrežne strukture, ki je nastala s premreževanjem, je bila zmogljivost zamrežene razgradljive plastike na osnovi škroba do neke mere izboljšana, vendar še vedno ne dosega standardov splošne plastike. Zato ga je treba še dodatno spremeniti, vključno z mešanjem z drugimi polimernimi materiali, izboljšanjem nanomaterialov, večkratnim spreminjanjem, prevleko hidrofobne prevleke itd.
01
Sprememba mešanja naravnega polimera
Glukomanan z mrežno strukturo lahko zavira usedanje škroba in je koristen za izboljšanje združljivosti mešalnega sistema. Nato se sistemu doda ustrezna količina PVA za mešanje. PVA zagotavlja filmu boljšo vodoodpornost in mehanske lastnosti, vendar je združljivost sistema slaba.
Mešanici sagovega škroba / ribje želatine, plastificirane z glicerolom, je bila dodana transglutaminaza, z navzkrižnim povezovanjem encima z aminokislinami v beljakovini pa je bil pripravljen vodoodporen in prožen film na osnovi škroba. WVP spremenjenega filma se zmanjša, raztezek ob prelomu se poveča in natezna trdnost se zmanjša.
Glutaraldehid
Z uporabo glutaraldehida kot zamreževalnega sredstva smo z metodo ulivanja pripravili kompozitni zamrežen film krompir / CS z boljšo vodoodpornostjo. Hkrati je CS filmu dal edinstvene antibakterijske lastnosti, s čimer je bil na voljo na področju biomedicine ali konzerviranja hrane. za široko uporabo.
V primerjavi s filmi na osnovi čistega škroba se izboljšajo lastnosti filmov na osnovi škroba, ki so mešani in zamreženi z drugimi biopolimeri. Hkrati lahko tudi drugi biomateriali prinesejo nekatere dodatne lastnosti filmom na osnovi škroba. Ta metoda je priprava novega trenda novih membranskih materialov na osnovi škroba.
02
Sprememba mešanice razgradljivega poliestra
Mešanje škroba z razgradljivim poliestrom s pomočjo poliestra' z odličnimi mehanskimi lastnostmi in vodoodpornostjo lahko učinkovito nadomesti pomanjkanje škroba v smislu zmogljivosti. Za mešalne sisteme je združljivost več snovi pomemben dejavnik, ki vpliva na mehanske lastnosti materialov.
ECH in glicerin se uporabljata za modifikacijo škroba, nato pa modificirani škrob zmešamo s PLA in film pripravimo s postopkom vročega stiskanja. Hidroksilne skupine na molekulah škroba so molekule ECH zamrežene, da tvorijo etrske skupine, s čimer se spremeni hidrofilnost škroba. Zamrežajoča in plastificirajoča modifikacija škroba izboljša njegovo združljivost s PLA in izboljša njegove mehanske lastnosti.
Ko je razmerje vsebnosti škroba / PVA / CA 3: 3: 0,08, ima mešani film najboljšo skupno zmogljivost; absorpcija vode mešanega filma je 54,31-krat večja od lastne teže, mehanska natezna trdnost pa 46,45 MPa.
Zaradi dodajanja PVA ima film močno antibakterijsko aktivnost proti patogenim bakterijam Listeria in Escherichia coli, ki se prenašajo s hrano.
Rezultati preskusov embalaže svežih fig kažejo, da ima trojni kompozitni film, dopiran s CA, prepustnost za vodno paro, lahko učinkovito preprečuje gnitje sadja in površinsko meglo ter ima visoko zadrževanje vode in vodoodpornost.
Film ima velik potencial v embalažni foliji proti megli in v aplikacijah aktivne embalaže za pakiranje visokoprepustnih svežih kmetijskih proizvodov.
Z metodo vlivanja smo pripravili CA zamrežen kompozitni film PVA / škrob, ki ga je mogoče nanesti na povoje za rane. V primerjavi s podobnimi plastičnimi folijami za pakiranje ima pripravljeni PVA / škrobni kompozitni film večjo fleksibilnost, nižji modul elastičnosti, višjo topnost in indeks otekanja ter odlično hitrost razgradnje in vitro in antibakterijske lastnosti, je odličen material za zavijanje ran.
03
Modifikacija, ojačana z nano polnilom
Celuloza in nanodelci so poleg razgradljivega poliestra tudi polnila, ki se v zadnjih letih pogosto uporabljajo za proučevanje mehanskih lastnosti razgradljive plastike na osnovi škroba.
Celulozna nanovlakna (CNF) in celulozni nanokristali (CNC) imajo boljši krepilni učinek na škrobni film, CNF pa imajo boljše ojačevalne učinke kot CNC. To je predvsem posledica dejstva, da sta tako celuloza kot škrob polisaharida, oba pa imata podobno strukturo in med hidroksilnimi skupinami se zlahka tvorijo močne vodikove vezi, kar ima za posledico izjemno močno medfazno oprijemljivost.
Celulozna nanovlakna
CNC imajo igelno obliko morfologije z visoko kristaliničnostjo; medtem ko imajo CNF mrežno strukturo z večjim razmerjem stranic, višjo stopnjo prepletenosti s škrobom in večjimi medmolekularnimi interakcijami. Ta močan vmesnik izboljšuje mehanske lastnosti filmskih materialov na osnovi škroba.
Voščeni koruzni škrob smo zmešali z mikro / nano celulozo (MFC) in po postopku ulivanja pripravili 1,2,3,4-butanetetrakarboksilno kislino zamrežene kompozite na osnovi škroba.
Zamrežen film z vsebnostjo MFC 15 mas.% Brez uporabe mehčalca
Ponujamo patentirano polno biorazgradljivo folijo in PVA vrečko, vsi izdelki so izdelani z opremo za vlivanje, se razlikuje od tradicionalnih izdelkov za oblikovanje s pihanjem, vsi izdelki za brizganje pa niso popolnoma biološko razgradljivi. Izdelujemo lahko pva filme in vrečke v popolnoma prozornih in različnih barvah. in PVA film je bolj gladek kot tradicionalni izdelki za brizganje.
Ponujamo tudi polno biološko razgradljiv film iz organskega materiala in vrečke s patentirano surovino in proizvodni proces.
Za več izdelkov iz PVA filma in vreč nas obiščite:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/