Ben je benieuwd naar de nieuwste op zetmeel gebaseerde biologisch afbreekbare plastic modificatie-technologie?
Sinds de jaren '30 en '40 is plastic na staal, hout en cement het vierde grote nieuwe type basismateriaal geworden vanwege de voordelen van het lage gewicht, de lage kosten en de sterke plasticiteit. Plastic producten voor algemeen gebruik worden in grote hoeveelheden weggegooid, en de resulterende GG-quot; witte vervuiling GG-quot; heeft een enorme druk op de ecologische omgeving veroorzaakt. Tegelijkertijd zal olie als niet-hernieuwbare hulpbron uiteindelijk uitgeput raken.
Daarom hebben landen over de hele wereld de afgelopen jaren achtereenvolgens" uitgegeven; plastic limietorders" praktijkmensen en consumenten aanmoedigen om groene en milieuvriendelijke afbreekbare kunststoffen te gebruiken door middel van uitgebreide verboden, vrijwillige overeenkomsten en andere methoden.
Soorten afbreekbare kunststoffen
Polycaprolacton (PCL)
Polymelkzuur (PLA)
Polyvinylalcohol (PVA), polyhydroxy
Alkylester (PHA)
zetmeel
Cellulose
Natriumalginaat (SA)
Chitosan (CS)
Op proteïne gebaseerde biobased plastics
Zetmeel is een natuurlijke en hernieuwbare polymeerverbinding. Vanwege zijn overvloed, gemakkelijke beschikbaarheid en lage prijs, wordt het begunstigd door afbreekbare kunststoffen.
Op dit moment zijn op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen goed voor ongeveer 50% van de bestaande commerciële afbreekbare kunststoffen en worden ze veel gebruikt in voedselverpakkingsfilms, landbouwmulchfilms, geschuimde plastic lunchdozen en medische steigers voor botweefsel.
In vergelijking met traditionele kunststoffen zijn de mechanische eigenschappen en barrière-eigenschappen van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen echter sterk verminderd en kunnen ze niet verder commercieel worden bevorderd. Daarom is de fysische of chemische modificatie van zetmeel erg belangrijk.
Verknoping is een van de belangrijkste methoden voor zetmeelmodificatie. De nauw verbonden driedimensionale netwerkstructuur gevormd door verknoping verbetert de intermoleculaire interactie, waardoor een afbreekbaar materiaal wordt verkregen met een goede hittebestendigheid, waterbestendigheid, hoge sterkte en flexibiliteit.
De structuur en eigenschappen van zetmeel
Zetmeel is een polymeer koolhydraat gevormd door uitdroging en polymerisatie van meerdere glucosemoleculen.
Zetmeel is in de vorm van korrels wijdverbreid aanwezig in de wortels, knollen, vruchten en bladeren van hogere planten. Momenteel zijn de belangrijkste gewassen die zetmeel produceren tarwe, maïs en aardappelen.
Zetmeel is voornamelijk samengesteld uit amylose en amylopectine:
Amylose is zeer kristallijn en kan in heet water oplossen zonder een pasta te worden;
Amylopectine is onoplosbaar in koud water, maar zwelt met heet water op tot een pasta.
Verschillende zetmeelbronnen hebben een verschillend gehalte aan componenten en verschillende eigenschappen. Alomvattende vergelijking van meerdere eigenschappen, aardappelzetmeel heeft een betere anti-retrogressie en transparantie, en de beste schimmelbestendigheid, mechanische eigenschappen en waterbestendigheid, en is het meest geschikt voor de bereiding van membraanmaterialen.
(a) Amylose (b) Amylopectine
Vergelijking van de samenstelling en eigenschappen van zetmelen uit verschillende bronnen
Verknopingsmethode van afbreekbaar plastic op zetmeelbasis
Crosslinking is een proces waarbij lineaire of vertakte polymeerketens worden verbonden door covalente bindingen om een netwerk of bulkpolymeer te vormen. Volgens verschillende verknopingsmethoden kunnen verknoopte afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis worden onderverdeeld in chemisch verknoopte, afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis en fotovernette, afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis.
01
Chemische verknoping
Chemische verknoping is de reactie van een verknopingsmiddel dat binaire of meerdere functionele groepen bevat met de hydroxylgroepen op de zetmeelmoleculen om groepen te vormen zoals diether-bindingen of diestergroepen, waardoor meerdere zetmeelmoleculen worden verknoopt om een ruimtelijk netwerk te vormen. De vierkante structuur van het polymeer.
Veelgebruikte verknopingsmiddelen zijn glutaaraldehyde, epichloorhydrine (ECH), natriumtrimetafosfaat (STMP), citroenzuur (CA) en appelzuur. De eigenschappen van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen die zijn bereid met verschillende verknopingsmiddelen zijn ook verschillend.
Citroenzuur
De met adipinezuur verknoopte film heeft de beste lichttransmissie- en barrière-eigenschappen. De met boorzuur vernette film heeft de hoogste sterkte, terwijl de met CA vernette film de beste flexibiliteit heeft; uit de microtopografie blijkt dat de adipinezuur en borax verknoopte films beter zijn dan boorzuur. De verknoopte film heeft een meer uniforme structuur en is geschikter voor de bereiding van zetmeel / PHA composiet films.
Scannende elektronenmicroscoopfoto van elk monster
In de afgelopen jaren, met de krachtige promotie van milieubeschermingsconcepten, CA-type" groene" niet-toxische verknopingsmiddelen zijn steeds populairder geworden onder onderzoekers en zijn de belangrijkste verknopingsmiddelen geworden voor het verknopen van afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis.
Afbreekbaar plastic op basis van zetmeel
Afhankelijk van de tijd van het toevoegen van een verknopingsmiddel, kan chemische verknoping worden onderverdeeld in:
Verknoping (dat wil zeggen, het toevoegen van een verknopingsmiddel om te reageren tijdens het vormen van polymeer)
Na-verknoping (dat wil zeggen, nadat het materiaal is gevormd, vindt verknoping plaats tussen moleculen door middel van de dompelmethode in oplossing van het verknopingsmiddel).
Als de vereiste mate van verknoping niet kan worden bereikt door middel van verknoping, kan worden overwogen om achteraf te verknopen. De meeste verknopingsreacties worden uitgevoerd in de zetmeelpastavloeistof, en de reactietemperatuur dient de verstijfselingstemperatuur van zetmeel te bereiken.
02
Fotocrosslinking
Fotocrosslinking is een methode om een fotosensibilisator aan het zetmeelsysteem toe te voegen om het onder ultraviolet licht (UV) -bestraling te ontbinden tot vrije radicalen, en om de fotosensibilisator te gebruiken om de hydroxylgroepen in het zetmeel te polymeriseren om de zetmeelmoleculen te crosslinken. .
Bij fotocrosslinking om op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen te bereiden, zijn de stralingsdosis en de fotosensibilisatorconcentratie de belangrijkste factoren die de mate van crosslinking van het materiaal beïnvloeden.
In vergelijking met de chemische verknopingsmethode vereist de foto-verknopingsmethode geen hydrothermische apparatuur en verknopingsreagentia, is hij veiliger en milieuvriendelijker en is hij eenvoudig te bedienen en is de reactie gemakkelijk te beheersen. Het kan worden aangepast aan continue productie van materialen op grote schaal en is geschikt voor biobased hydrogels. , Voorbereiding van materialen voor medicijnafgifte, enz.
Het effect van vernetting op de eigenschappen van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen
01
Waterbestendig
Waterbestendigheid is een van de belangrijke voorwaarden voor het testen van de toepassingsnormen van biogebaseerde afbreekbare membraanmaterialen. Vanwege de natuurlijke hydrofiliteit van zetmeel vertonen filmmaterialen op zetmeelbasis gewoonlijk een sterkere hydrofiliteit en een hogere permeabiliteit. Door crosslinking-modificatie heeft zetmeel een nauw verbonden driedimensionale netwerkstructuur, deze netwerken kunnen het binnendringen en migreren van watermoleculen effectief voorkomen. Wateropname, zwelling en waterdampdoorlaatbaarheid (WVP) worden vaak gebruikt om de waterbestendigheid van zetmeelhoudende materialen te karakteriseren.
Zetmeel basisfilm
02
Mechanisch gedrag
In de dagelijkse productie en het leven moeten verpakkingsfoliematerialen een bepaalde sterkte en flexibiliteit hebben om hun integriteit tijdens de verwerking te behouden. Door verknoping worden intermoleculaire en intramoleculaire verbindingen tot stand gebracht, worden moleculaire ketens van zetmeel langer en worden intermoleculaire interacties versterkt, wat resulteert in een verhoogde treksterkte van het materiaal en een verminderde rek bij breuk.
Over het algemeen kan het toevoegen van een kleine hoeveelheid verknopingsmiddel voldoen aan de prestatie-eisen van het product. Wanneer de mate van verknoping laag is, neemt de lengte van de zetmeelmoleculen die beschikbaar zijn voor glijden toe. Met de voortdurende toename van de verknopingsgraad worden de intermoleculaire en intramoleculaire interacties versterkt en wordt de treksterkte verhoogd, maar tegelijkertijd wordt ook de intermoleculaire slip beperkt, wat leidt tot een afname van de rek bij breuk van het materiaal en toont broosheid.
Zetmeel heeft een extreem sterke hydrofiliteit. Als het zetmeelgehalte in het systeem te hoog is, zal de intermoleculaire kracht worden verzwakt nadat het materiaal water heeft opgenomen, wat de treksterkte van het materiaal aanzienlijk vermindert.
Naast de verknopingsgraad en het zetmeelgehalte heeft de relatieve vochtigheid ook een grotere invloed op de mechanische eigenschappen van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen. Bij een relatieve vochtigheid van 40% zijn de mechanische eigenschappen van zetmeelhoudende platen het beste. Een te lage relatieve vochtigheid kan het materiaal broos maken en in stukken breken wanneer het wordt uitgerekt; wanneer de relatieve vochtigheid te hoog is, komt een grote hoeveelheid watermoleculen als weekmaker de kunststof folie binnen en neemt de treksterkte af.
De uithardingstijd en uithardingstemperatuur zijn ook belangrijke factoren die de mechanische eigenschappen beïnvloeden. Wanneer het geoxideerde sucrosegehalte 5 gew.% Is, is het glycerolgehalte 15 gew.%, De uithardingstijd is 5 minuten en de uithardingstemperatuur is 180 ° C, de mechanische eigenschappen van de zetmeelfilm zijn optimaal (treksterkte is 23 MPa, rek bij breuk is 60%).
Als de uithardingstijd kort is, is de verknoping niet voldoende om een netwerk tussen zetmeelmoleculen te vormen en is de intermoleculaire interactie zwak. Als de uithardingstijd te lang is, zal het zetmeelskelet worden vernietigd, wat zal leiden tot een afname van de treksterkte en rek bij breuk. Tegelijkertijd vereist verknoping een voldoende hoge uithardingstemperatuur om een effectieve verwijdering van watermoleculen uit het verknopingsreactiesysteem te verzekeren.
Op zetmeel gebaseerde plastic grondstoffen
De toegevoegde hoeveelheid weekmaker mag niet teveel zijn. De permeabiliteit van zetmeelfilm neemt toe met de toename van de weekmakerconcentratie, maar wanneer de concentratie de kritische grens overschrijdt, zal fasescheiding optreden. Bovendien kunnen sommige verknopingsmiddelen tegelijkertijd fungeren als verknopingsmiddelen en weekmakers in filmmaterialen op zetmeelbasis.
CA heeft zo'n tweerichtings effect. Wanneer het CA-gehalte 10 gew.% Overschrijdt, werkt de overmaat CA als weekmaker, wat resulteert in een afname van de treksterkte en een toename van de rek bij breuk. De toename van het CA-gehalte in PVA / zetmeelcomposieten van 5 gew.% Tot 30 gew.% Verminderde de treksterkte niet significant, maar de rek bij breuk nam significant toe. Het gecombineerde effect van verknoping en weekmaking leidt tot complexe prestatieveranderingen van op zetmeel gebaseerde materialen. Voor dit type verknopingsmiddel kan een geschikte toegevoegde hoeveelheid de prestatie van afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis verbeteren, en te veel zal werken als weekmaker, wat de prestatie van het materiaal nadelig zal beïnvloeden.
03
Afbreekbaarheid
Afbreekbaarheid is het grootste voordeel van op zetmeel gebaseerde materialen. De biologische afbraak van op zetmeel gebaseerde materialen wordt meestal veroorzaakt door de biologische activiteit van schimmels, bacteriën en andere micro-organismen onder natuurlijke omstandigheden zoals bodem, of onder bepaalde specifieke omstandigheden zoals composteeromstandigheden of in waterige kweekoplossingen.
De grondbegrafenismethode maakt gebruik van micro-organismen om het zetmeel erin te eroderen en enzymen af te scheiden, wat de sterkte van het materiaal vermindert. Het plastic en het metaalzout in de bodem ondergaan auto-oxidatie om peroxiden te genereren, die het breken van moleculaire polymeerketens bevorderen en laagmoleculaire stoffen worden. , Wat H2O en CO2 wordt.
Afbraak van compost
De composteringsmethode maakt gebruik van micro-organismen om de omzetting van afbreekbare organische stof in vast afval in stabiele humus, H2O en CO2 onder zuurstofomstandigheden te regelen.
Crosslinking versterkt de intermoleculaire en intramoleculaire interactiekracht en vermindert de afbraaksnelheid van het materiaal. Onder normale omstandigheden is de afbraakgraad van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen positief gecorreleerd met het zetmeelgehalte en de begravingstijd van de grond, en de afbraaksnelheid is positief gecorreleerd met het zetmeelgehalte, de omgevingsvochtigheid, de mate van verknoping en het gehalte aan weekmaker.
De diepte van de begraving heeft geen duidelijk effect op de afbraaksnelheid van de film; het gewichtsverlies van de film binnen 15 dagen is 48,70%, wat een perfecte biologische afbreekbaarheid heeft.
De hoeveelheid CO2 die vrijkomt in het bodemcomposteringssysteem is kenmerkend voor de afbreekbaarheid van met CA verknoopte bioplastics van gerstzetmeel met hoog amylosegehalte. De afbraaksnelheid van kunststoffen is relatief hoog binnen 20 dagen en neemt aanzienlijk af na 20 dagen. Na 100 dagen is de afbraaksnelheid hetzelfde als de bodemreferentiesnelheid en is het materiaal volledig afgebroken. Tegelijkertijd werd gevonden dat de afbraaksnelheid van vernet op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen veel langzamer was dan die van zetmeelkorrels.
De gemodificeerde gerstschil verbetert de afbraak van de PVA / zetmeel verknoopte composietfilm in het natuurlijke bodemmilieu. De resultaten van deze studie tonen aan dat het gewichtsverlies van de verknoopte PVA / verknoopte zetmeelfilm lager is dan die van de PVA / zetmeelfilm. De natuurlijke gersteschil / PVA / gecrosslinkte zetmeelcomposietfilm heeft de hoogste afbraaksnelheid en het gewichtsverlies na 120 dagen is 33%, omdat de aanwezigheid van natuurlijke gersteschil in het composietmateriaal meer water kan opnemen.
Modificatiemethode van verknoopt afbreekbaar plastic op zetmeelbasis
Vanwege de compacte driedimensionale netwerkstructuur die wordt gevormd door verknoping, zijn de prestaties van verknoopte afbreekbare kunststoffen op zetmeelbasis tot op zekere hoogte verbeterd, maar het voldoet nog steeds niet aan de normen van algemene kunststoffen. Daarom is het nodig om het verder te modificeren, inclusief mengen met andere polymeermaterialen, verbetering van nanomateriaal, meervoudige modificatie, hydrofobe coating, enz.
01
Modificatie van natuurlijke polymeermenging
Glucomannaan met een netwerkstructuur kan bezinking van zetmeel remmen en is gunstig voor het verbeteren van de compatibiliteit van het mengsysteem. Vervolgens wordt een geschikte hoeveelheid PVA aan het systeem toegevoegd om te mengen. PVA geeft de film een betere waterbestendigheid en mechanische eigenschappen, maar de compatibiliteit van het systeem wordt slecht.
Transglutaminase werd toegevoegd aan het glycerol-weekgemaakte sagozetmeel / visgelatinemengsel, en een waterbestendige en flexibele film op zetmeelbasis werd bereid door het enzym te verknopen met aminogroepen in het eiwit. De WVP van de gemodificeerde film neemt af, de rek bij breuk neemt toe en de treksterkte neemt af.
Glutaaraldehyde
Door glutaaraldehyde als verknopingsmiddel te gebruiken, werd een aardappel / CS-composiet verknoopte film met betere waterbestendigheid vervaardigd door middel van de gietmethode. Tegelijkertijd gaf CS de film unieke antibacteriële eigenschappen, waardoor deze beschikbaar kwam op het gebied van biogeneeskunde of voedselconservering. veel gebruikt.
In vergelijking met films op basis van puur zetmeel zijn de eigenschappen van films op zetmeelbasis die worden gemengd en gecrosslinkt met andere biopolymeren, verbeterd. Tegelijkertijd kunnen andere biomaterialen ook enkele extra eigenschappen toevoegen aan films op basis van zetmeel. Deze methode is om de nieuwe trend van nieuwe op zetmeel gebaseerde membraanmaterialen voor te bereiden.
02
Mengmodificatie van afbreekbaar polyester
Het mengen van zetmeel met afbreekbaar polyester, met behulp van polyester' s uitstekende mechanische eigenschappen en waterbestendigheid, kan het gebrek aan zetmeelfilm effectief compenseren in termen van prestaties. Voor mengsystemen is de compatibiliteit van meerdere stoffen een belangrijke factor die de mechanische eigenschappen van materialen beïnvloedt.
ECH en glycerine worden gebruikt om het zetmeel te modificeren, en vervolgens wordt het gemodificeerde zetmeel gemengd met PLA, en de film wordt bereid door een heet persproces. De hydroxylgroepen op zetmeelmoleculen worden verknoopt door ECH-moleculen om ethergroepen te vormen, waardoor de hydrofiliciteit van zetmeel verandert. De vernetting en weekmakende modificatie van zetmeel verbetert de compatibiliteit met PLA en verbetert de mechanische eigenschappen.
Wanneer de verhouding zetmeel / PVA / CA-gehalte 3: 3: 0,08 is, heeft de mengfilm de beste algehele prestatie; de wateropname van de mengfilm is 54,31 keer zijn eigen gewicht en de mechanische treksterkte is 46,45 MPa.
Door de toevoeging van PVA heeft de film een sterke antibacteriële werking tegen door voedsel overgedragen pathogene bacteriën Listeria en Escherichia coli.
De testresultaten van verse vijgenverpakkingen laten zien dat de CA-gedoteerde ternaire composietfilm waterdampdoorlaatbaarheid heeft, fruitrot en oppervlaktewaasvorming effectief kan voorkomen en een hoge waterretentie en waterbestendigheid heeft.
De film heeft een groot potentieel in anti-condens verpakkingsfolie en actieve verpakkingstoepassingen voor voedingsmiddelen voor het verpakken van hoogdoorlatende verse landbouwproducten.
Een CA-gecrosslinkte PVA / zetmeel-composietfilm die op wondverbanden kan worden aangebracht, werd vervaardigd door middel van een gietmethode. Vergeleken met vergelijkbare plastic films voor verpakking, heeft de bereide PVA / zetmeel-composietfilm een grotere flexibiliteit, lagere elasticiteitsmodulus, hogere oplosbaarheid en zwelindex, en een uitstekende in vitro afbraaksnelheid en antibacteriële eigenschappen. Het is een uitstekend wondverbandmateriaal.
03
Nano filler versterkte modificatie
Naast afbreekbaar polyester zijn cellulose en nanodeeltjes ook de laatste jaren veel gebruikte vulstoffen om de mechanische eigenschappen van op zetmeel gebaseerde afbreekbare kunststoffen te bestuderen.
Cellulose-nanovezels (CNF's) en cellulose-nanokristallen (CNC's) hebben een beter versterkend effect op zetmeelfilm en CNF's hebben betere versterkende effecten dan CNC's. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat zowel cellulose als zetmeel polysacchariden zijn en dat de twee vergelijkbare structuren hebben, en dat er gemakkelijk sterke waterstofbruggen worden gevormd tussen hydroxylgroepen, wat resulteert in een extreem sterke hechting aan het grensvlak.
Cellulose nanovezel
CNC's hebben een naaldachtige morfologie met een hoge kristalliniteit; terwijl CNF's een netwerkstructuur hebben met een grotere aspectverhouding, een grotere mate van verstrengeling met zetmeel en grotere intermoleculaire interacties. Deze sterke interface verbetert de mechanische eigenschappen van op zetmeel gebaseerde filmmaterialen.
Het wasachtige maïszetmeel werd gemengd met micro / nanocellulose (MFC), en 1,2,3,4-butaantetracarbonzuur verknoopte composieten op zetmeelbasis werden bereid door middel van een gietmethode.
Verknoopte film met MFC-gehalte van 15 gew.% Zonder gebruik van weekmaker
We bieden gepatenteerde volledig biologisch afbreekbare film en PVA-zak, alle producten zijn gemaakt door gietapparatuur, het is anders dan traditionele blaasvormproducten, alle blaasvormproducten zijn niet volledig biologisch afbreekbaar. We kunnen pva-films en -zakken produceren in volledig transparant en in verschillende kleuren. en de PVA-film is gladder dan de traditionele blaasvormproducten.
We bieden ook biologisch materiaal volledig biologisch afbreekbare film en zakken met gepatenteerde grondstof en productieproces.
Bezoek ons voor meer PVA-folie en -zakken:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/