Nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin yorumlanması: çapraz bağlama ve modifikasyon
Giriş: Nişasta, doğal ve yenilenebilir bir polimer bileşiğidir. Nişasta bolluğu, kolay bulunabilirliği ve düşük fiyatı nedeniyle bozunabilir plastiklerin araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Şu anda, nişasta bazlı biyolojik olarak parçalanabilen plastikler, mevcut ticari biyolojik olarak parçalanabilen plastiklerin yaklaşık %50'sini oluşturmaktadır ve bunlar gıda ambalaj filmlerinde, tarımsal malç filmlerinde, köpüklü plastik yemek kutularında ve tıbbi kemik dokusu mühendisliği iskelelerinde kullanılmıştır. nişastanın moleküler yapısına göre, nişastanın işlenebilirliği zayıftır. Geleneksel plastiklerle karşılaştırıldığında, nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin mekanik özellikleri ve bariyer özellikleri büyük ölçüde azalır ve ticari olarak daha fazla tanıtılamazlar. Bu nedenle nişastanın fiziksel veya kimyasal modifikasyonu çok önemlidir. Çapraz bağlama, nişasta modifikasyonunun ana yöntemlerinden biridir. Çapraz bağlama ile oluşturulan sıkı bir şekilde bağlanmış üç boyutlu ağ yapısı, moleküller arası etkileşimi arttırır, böylece iyi ısı direnci, su direnci, yüksek mukavemet ve esnekliğe sahip bozunabilir bir malzeme elde edilir.
resim
Nişasta bazlı bozunabilir plastiğin çapraz bağlama yöntemi
Çapraz bağlama, doğrusal veya dallı polimer zincirlerini, kovalent bağlar oluşturarak ağ yapılı bir polimere bağlama işlemidir. Farklı çapraz bağlama yöntemlerine göre, çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastikler, kimyasal olarak çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastikler ve foto çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastiklere ayrılabilir.
1
kimyasal çapraz bağlama
Kimyasal çapraz bağlama, ikili veya çoklu fonksiyonel gruplar içeren bir çapraz bağlama maddesinin, dieter bağları veya diester grupları gibi gruplar oluşturmak için nişasta molekülü üzerindeki hidroksil grupları ile reaksiyona girmesi ve böylece çoklu nişasta moleküllerinin bir uzaysal ağ oluşturmak üzere çapraz bağlanmasıdır. Yapı benzeri polimer yöntemi. Yaygın olarak kullanılan çapraz bağlama maddeleri, glutaraldehit, epiklorohidrin (ECH), sodyum trimetafosfat (STMP), sitrik asit (CA) ve malik asittir. Farklı çapraz bağlama ajanları ile hazırlanan nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin özellikleri de farklıdır.
Son yıllarda, çevre koruma kavramlarının güçlü bir şekilde teşvik edilmesiyle, CA-type"green" toksik olmayan çapraz bağlama maddeleri araştırmacılar arasında giderek daha popüler hale geldi ve nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin çapraz bağlanması için ana çapraz bağlama maddeleri haline geldi. Çapraz bağlama maddesinin eklendiği zamana göre, kimyasal çapraz bağlama, çapraz bağlamaya (yani, çapraz bağlama maddesi, polimer kalıplama işlemi sırasında reaksiyona girmesi için eklenir) ve çapraz bağlama sonrası (yani, malzeme oluşturulduktan sonra, emprenye edilmiş) ayrılabilir. çapraz bağlama maddesi çözeltisi ile) Yöntem, moleküller arasında çapraz bağlamaya neden olur).
2
Foto çapraz bağlama
Foto çapraz bağlama, ultraviyole ışık (UV) ışıması altında serbest radikallere ayrıştırmak için nişasta sistemine bir ışığa duyarlılaştırıcı ekleme ve nişasta moleküllerini çapraz bağlamak için nişastadaki hidroksil gruplarını polimerize etmek için ışığa duyarlılaştırıcı kullanma yöntemidir. . Nişasta bazlı bozunabilir plastikler hazırlamak için foto çapraz bağlama yaparken, radyasyon dozu ve ışığa duyarlılaştırıcı konsantrasyonu, malzemenin çapraz bağlama derecesini etkileyen en önemli faktörlerdir. Kimyasal çapraz bağlama yöntemiyle karşılaştırıldığında, foto çapraz bağlama yöntemi, hidrotermal ekipman ve çapraz bağlama reaktifleri gerektirmez, daha güvenli ve daha çevre dostudur ve kullanımı kolaydır ve reaksiyonun kontrolü kolaydır. Büyük ölçekli sürekli malzeme üretimine uyarlanabilir ve biyo-bazlı hidrojeller için uygundur. , İlaç dağıtım malzemelerinin hazırlanması vb.
Çapraz bağlamanın nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin özellikleri üzerindeki etkisi
1
Su direnci
Suya dayanıklılık, biyo bazlı bozunabilir membran malzemelerinin uygulama standartlarını test etmek için önemli koşullardan biridir. Bununla birlikte, nişastanın doğal hidrofilikliği nedeniyle, nişasta bazlı film malzemeleri genellikle daha güçlü hidrofiliklik ve daha yüksek geçirgenlik sergiler. Çapraz bağlama modifikasyonu, nişastanın, su moleküllerinin girişini ve göçünü etkili bir şekilde önleyebilen, sıkıca bağlı üç boyutlu bir ağ yapısına sahip olmasını sağlar. Su emme, şişme ve su buharı iletim hızı (WVP) genellikle nişasta bazlı malzemelerin su direncini karakterize etmek için kullanılır.
2
mekanik davranış
Günlük üretimde ve yaşamda, ambalaj filmi malzemelerinin işleme sırasında bütünlüklerini koruyabilmeleri için belirli bir dayanıma ve esnekliğe sahip olmaları gerekir. Çapraz bağlama, moleküller arası ve moleküller arası bağlantılar kurar, nişasta moleküler zincirlerini daha uzun hale getirir, moleküller arası etkileşimleri arttırır ve malzemenin gerilme mukavemetinin artmasına ve kopma uzamasının azalmasına neden olur. Genel olarak konuşursak, az miktarda çapraz bağlama maddesi eklemek, ürünün performans gereksinimlerini karşılayabilir. Çapraz bağlanma derecesi düşük olduğunda, kayma için mevcut nişasta moleküllerinin uzunluğu artar. Çapraz bağlanma derecesinin sürekli artmasıyla, moleküller arası ve moleküller arası etkileşimler artar ve gerilme mukavemeti artar, ancak aynı zamanda moleküller arası kayma da kısıtlanır, bu da malzemenin kopma uzamasının azalmasına yol açar. ve kırılganlık. Nişasta güçlü hidrofilikliğe sahiptir. Sistemde çok fazla nişasta varsa, malzeme suyu emdikten sonra moleküller arası kuvvet zayıflar ve bu da malzemenin çekme mukavemetini büyük ölçüde azaltır. Bağlanma derecesi ve nişasta içeriğine ek olarak, RH ayrıca nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin mekanik özellikleri üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. RH %40 olduğunda, nişasta bazlı tabakanın mekanik özellikleri en iyisidir. Çok düşük RH, malzemeyi kırılgan hale getirebilir ve gerildiğinde parçalara ayrılabilir; RH çok yüksek olduğunda, plastik tabakaya plastikleştirici olarak büyük miktarda su molekülü girer ve çekme mukavemeti azalır. Kür süresi ve kür sıcaklığı da mekanik özelliklerini etkileyen önemli faktörlerdir.
3
bozunabilirlik
Parçalanabilirlik, nişasta bazlı malzemelerin en büyük avantajıdır. Nişasta bazlı malzemelerin biyolojik bozunması genellikle mantarların, bakterilerin ve diğer mikroorganizmaların toprak gibi doğal koşullar altında veya kompostlama koşulları veya sulu kültür çözeltileri gibi belirli belirli koşullar altında biyolojik aktivitelerinden kaynaklanır. Toprağa gömme yöntemi, içindeki nişastayı aşındırmak için mikroorganizmaları kullanır ve malzemenin mukavemetini azaltan enzimler salgılar. Topraktaki plastik ve metal tuzu, polimer moleküler zincirlerin kopmasını destekleyen ve düşük moleküler maddeler haline gelen peroksitleri oluşturmak için oto-oksidasyona uğrar. , H2O ve CO2 olur. Kompostlama yöntemi, katı atıktaki bozunabilir organik maddenin oksijen koşulları altında kararlı humus, H2O ve CO2'ye dönüşümünü kontrol etmek için mikroorganizmaları kullanır. Çapraz bağlama, moleküller arası ve moleküller arası etkileşim kuvvetini arttırır ve malzemenin bozunma hızını azaltır. Normal koşullar altında, nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin bozunma derecesi, nişasta içeriği ve toprak gömme süresi ile pozitif olarak ilişkilidir ve bozunma hızı, nişasta içeriği, çevresel nem, çapraz bağlanma derecesi ve plastikleştirici içeriği ile pozitif olarak ilişkilidir.
Çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastiğin modifikasyon yöntemi
Çapraz bağlama ile oluşturulan kompakt üç boyutlu ağ yapısı sayesinde, çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin performansı bir dereceye kadar iyileştirilmiştir, ancak yine de genel plastik standartlarını karşılamamaktadır. Bu nedenle, diğer polimer malzemelerle harmanlama, nano malzeme geliştirme, çoklu modifikasyon, hidrofobik kaplama kaplama vb. dahil olmak üzere daha fazla modifiye etmek gereklidir.
1
Doğal polimer harmanlama modifikasyonu
Geng Shengrong ve diğerleri, nişasta ve konjak sineği tozunun harman sistemini çapraz bağlamak için STMP'yi kullandılar ve döküm film oluşturma yöntemiyle iyi su direncine ve mekanik özelliklere sahip bozunabilir bir harman filmi hazırladılar. Bu çalışmanın sonuçları, ağ yapısına sahip glukomannan'ın nişasta çökelmesini engelleyebileceğini ve karışım sisteminin uyumluluğunu geliştirmek için faydalı olduğunu göstermektedir. Daha sonra karıştırmak için sisteme uygun miktarda PVA eklenir. PVA, filme daha iyi su direnci ve mekanik özellikler sağlar, ancak sistem uyumluluğu zayıflar. Li ve ark. döküm yöntemiyle daha iyi su direncine sahip bir patates/CS kompozit çapraz bağlı film hazırlamak için çapraz bağlama maddesi olarak glutaraldehit kullanmıştır. Aynı zamanda, CS filme benzersiz antibakteriyel özellikler kazandırarak biyotıpta veya gıda muhafazasında kullanılmasını sağladı. Alan yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf nişasta bazlı filmlerle karşılaştırıldığında, diğer biyopolimerlerle harmanlanmış ve çapraz bağlanmış nişasta bazlı filmlerin özellikleri iyileştirilmiştir. Aynı zamanda, diğer biyomalzemeler de nişasta bazlı filmlere bazı ek özellikler getirebilir. Bu yöntem, yeni nişasta bazlı membran malzemelerinin yeni trendini hazırlamaktır.
2
Parçalanabilir polyesterin harmanlama modifikasyonu
Nişastanın bozunabilir polyester ile polyesterin's mükemmel mekanik özellikleri ve su direncinin yardımıyla harmanlanması, nişasta filmlerinin performans eksikliğini etkili bir şekilde telafi edebilir. Karıştırma sistemleri için birden fazla maddenin uyumluluğu, malzemelerin mekanik özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür. Nişastayı modifiye etmek için ECH ve gliserin kullanılır ve daha sonra modifiye nişasta PLA ile karıştırılır ve film sıcak presleme işlemiyle hazırlanabilir. Nişasta molekülleri üzerindeki hidroksil grupları, eter grupları oluşturmak için ECH molekülleri tarafından çapraz bağlanır, böylece nişastanın hidrofilikliğini değiştirir. Sonuçlar, nişastanın çapraz bağlama ve plastikleştirici modifikasyonunun PLA ile uyumluluğunu geliştirdiğini ve mekanik özelliklerini geliştirdiğini göstermektedir. Farklı nişasta/PVA/CA oranları ile üçlü bir karışım filmi hazırlanabilir.
3
Nano dolgu takviyeli modifikasyon
Bozunabilir polyesterlere ek olarak, selüloz ve nanopartiküller de son yıllarda nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin mekanik özelliklerini incelemek için yaygın olarak kullanılan dolgu maddeleridir. Balakrishnan ve ark. selüloz nanofiberlerin (CNF'ler) ve selüloz nanokristallerin (CNC'ler) nişasta membranları üzerinde daha iyi bir güçlendirme etkisine sahip olduğunu ve CNF'lerin CNC'lerden daha iyi güçlendirme etkilerine sahip olduğunu göstermiştir. Bunun başlıca nedeni, selüloz ve nişastanın her ikisinin de polisakkarit olması ve ikisinin benzer yapılara sahip olması ve hidroksil grupları arasında kolayca güçlü hidrojen bağlarının oluşması, bu da son derece güçlü ara yüzey yapışması ile sonuçlanmasıdır. CNC'ler yüksek kristalliğe sahip iğne benzeri bir morfolojiye sahiptir; CNF'ler, büyük bir en-boy oranı, nişasta ile yüksek derecede dolaşma ve moleküller arasında daha fazla etkileşim ile bir ağ yapısına sahiptir. Nişasta bazlı film malzemelerinin mekanik özelliklerini iyileştirir.
4
Hidrofobik kaplama modifikasyonu
Nişasta bazlı filmin su direncini arttırmak için, hidrofobik bir kaplama ile kaplama gibi yüzey işlemine de tabi tutulabilir. Hazırlanan buğday gluteni filmini ve köpüren nişasta tepsisini triasetat-diklorometan çözeltisine batırın. Çözücünün yavaş buharlaşması, malzemenin yüzeyinde bir kaplama filmi oluşturacaktır. Triasetat nişasta kaplama, malzemenin Su direncini büyük ölçüde artırır. PLA, nişasta bazlı köpüğü kaplamak için bir hammadde olarak kullanıldığında, PLA kaplamanın köpükle zayıf uyumluluğu olmasına rağmen, yine de köpüğün yoğunluğunu, gerilme mukavemetini ve darbe mukavemetini iyileştirir.
5
Çoklu kimyasal modifikasyon
Kapsamlı bir şekilde çoklu modifikasyon yöntemleri kullanılarak hazırlanan çapraz bağlı nişasta bazlı film malzemelerinin performansı, tek bir çapraz bağlı modifiye nişasta filminden daha iyidir. Çoklu kimyasal modifikasyonlar, nişasta bazlı bozunabilir filmlerin performansını geliştirmek için ana akımdır. Çapraz bağlı oksitlenmiş nişasta filmi (C-OS filmi) ve oksitlenmiş çapraz bağlı nişasta filmi (O-CS filmi) sırasıyla hidrojen peroksit ve borik asit ile hazırlandığında, O-CS filmi kısmi olmasından dolayı daha fazla avantaja sahiptir. ilk oksidasyon nedeniyle nişasta moleküllerinin bozulması. Yüksek hidrofiliklik, filmi daha esnek hale getirir; C_OS filmi, ilk çapraz bağlama nedeniyle daha yüksek bir çapraz bağlama derecesine sahiptir ve film daha iyi su direncine ve mukavemetine sahiptir. Hidrofobik ve lipofilik kompozit poliol ile plastikleştirilmiş modifiye nişasta, art arda STMP çapraz bağlama, alüminat birleştirme maddesi yüzey işlemi ve mısır nişastası üzerinde bileşik plastikleştirici plastikleştirme gerçekleştirilerek ve ardından PCL ile karıştırılarak ve Filme kalenderlenerek hazırlandı, filmin hidrofobikliği, büyük ölçüde iyileştirilmelidir. Sukhija et al. çapraz bağlı oksitlenmiş çift modifiye lotus kökü nişastası hazırlamak için çapraz bağlama maddesi olarak STMP ve oksidan olarak sodyum hipoklorit kullandı, konsantre peynir altı suyu proteini, gliserin ve muz kabukları ile harmanladı ve döküm yöntemiyle hazırladı. Nişasta bazlı film elde edilir ve filmin termal stabilitesi, mekanik özellikleri ve su direnci büyük ölçüde iyileştirilir. Çoklu modifikasyon, yalnızca malzemenin performansını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda nişasta bazlı malzemelerin üretim maliyetini de artırır. Bu nedenle, daha iyi performans elde etmek için daha az modifikasyon yöntemi seçmek, nişasta bazlı bozunabilir plastikler üzerine gelecekteki araştırmaların odak noktasıdır.
Çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin gelecekteki gelişim yönü
Çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin kullanımı,&"beyaz &" sorununu hafifletmek için önemli yöntemlerden biridir; kirlilik. Bununla birlikte, yıllarca süren araştırma ve geliştirmeden sonra, esas olarak maliyeti ve performansı nedeniyle malzeme henüz seri üretilmedi ve uygulanmadı. Tamamen çapraz bağlı nişasta bazlı bozunabilir plastik mükemmel bozunma özelliklerine sahiptir, ancak mekanik özellikleri ve su direnci genel plastik standartlarına ulaşmak zordur. Kullanım gereksinimlerini karşılayan nişasta bazlı tamamen bozunabilir plastikler elde etmek için nişastanın basit çapraz bağlama modifikasyonu yeterli olmaktan uzaktır. Karmaşık modifikasyon yöntemlerinin kapsamlı bir şekilde uygulanması veya polyester ile harmanlanması yoluyla elde edilmelidir. Ortaya çıkan yüksek maliyetler, malzemelerin ticari tanıtımını kaçınılmaz olarak engelleyecektir. Halihazırda piyasada üretilen çapraz bağlı nişasta bazlı tamamen bozunabilir plastiklerin fiyatı, genel amaçlı plastiklerin fiyatının 4-10 katıdır. Esas olarak, bazı üst düzey kozmetiklerin ve bazı tıbbi malzemelerin (cerrahi dikişler ve ilaç salma kapsülleri gibi) dış kaynak kullanımı ve paketlenmesinde kullanılırlar. ).
Bununla birlikte nişasta, biyo-bazlı plastikler için en rekabetçi hammaddelerden biridir ve sürdürülebilir kalkınma stratejilerinde geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Şu anda, nişastada parçalanabilen polyester karışımlı plastikler, piyasadaki en olgun ve tamamen parçalanabilir ürünlerdir. Gelecekte, araştırmacılar kendilerini düşük maliyetli ve yüksek performanslı nişasta bazlı bozunabilir plastikler geliştirmeye adamalıdır. Esas olarak aşağıdaki araştırma yönleri vardır:
1. Modifikasyon sürecinde güvenli ve çevre dostu modifikasyon yöntemleri kullanılmalı ve bozulmalarını veya kompostlaşmalarını kolaylaştırmak için mümkün olduğunca yeşil ve kirlilik içermeyen katkı maddeleri kullanılmalıdır.
2. Karıştırılmış nişasta bazlı bozunabilir plastikler için, malzemenin üretim maliyetini azaltmak için performans gerekliliklerini karşılama öncülüğünde kullanılan nişasta miktarı mümkün olduğunca arttırılmalıdır; Aynı zamanda, Mükemmel mekanik özellikler elde etmek için karışımların iyi bir uyumluluğa sahip olması gerekir.
3. Nişasta bazlı malzemelere antibakteriyel özellikler kazandırmak için kitosan, PVA vb. eklemek, nişasta bazlı malzemelere anti-ultraviyole özellikler kazandırmak için reçine eklemek vb. gibi nişasta bazlı bozunabilir plastiklere çok işlevli özellikler kazandırmak için yeni malzemeler tanıtın. nişasta bazlı parçalanabilir plastik pazarının uygulamasını genişletin.
4. Nişasta bazlı bozunabilir plastiklerin ticari sürekli seri üretimini teşvik etmek için film döküm yöntemleri yerine gelişmiş kalıplama yöntemleri, ekstrüzyon şişirme yöntemleri vb. kullanımı gibi malzemelerin üretiminin enerji tüketimini azaltmak için yeni süreçler geliştirmek .
Patentli tam biyobozunur film ve PVA torbası sunuyoruz, tüm ürünler döküm ekipmanı ile yapılır, Geleneksel şişirme ürünlerinden farklıdır, tüm şişirme ürünleri tamamen biyolojik olarak bozunmaz. Tam şeffaf ve çeşitli renklerde pva film ve poşet üretimi yapabilmekteyiz. ve PVA filmi, geleneksel üflemeli kalıplama ürünlerinden daha pürüzsüzdür.
Ayrıca patentli hammadde ve üretim süreci ile organik malzeme tamamen biyolojik olarak parçalanabilir film ve torbalar sunuyoruz.
Daha fazla PVA film ve çanta ürünleri için lütfen bizi ziyaret edin:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/