Er du ivrig efter den nyeste stivelsesbaserede bionedbrydelige plast modifikation teknologi?
Siden 1930'erne og 1940'erne er plast blevet den fjerde store nye type grundmateriale efter stål, træ og cement på grund af dets fordele ved lav vægt, lave omkostninger og stærk plasticitet. Almindelige plastprodukter kasseres i store mængder, og den deraf følgende "hvide forurening" har forårsaget et enormt pres på det økologiske miljø. Samtidig vil olie som en ikke-vedvarende ressource i sidste ende være opbrugt.
Derfor har lande rundt om i verden i de senere år successivt udstedt "plastikgrænseordrer" for at tilskynde fagfolk og forbrugere til at bruge grøn og miljøvenlig nedbrydeligt plast gennem omfattende forbud, frivillige aftaler og andre metoder.
Typer af nedbrydeligt plast
Polycaprolacton (PCL)
Polylaktsyre (PLA)
Polyvinylalkohol (PVA), polyhydroxy
Alkyl Ester (PHA)
Stivelse
Cellulose
Natrium alginat (SA)
Chitosan
Proteinbaseret biobaseret plast
Stivelse er en naturlig og vedvarende polymer forbindelse. På grund af sin overflod, nem tilgængelighed og lav pris, er det begunstiget af nedbrydeligt plast.
På nuværende tidspunkt tegner stivelsesbaseret nedbrydeligt plast sig for ca. 50 % af den eksisterende kommercielle nedbrydelige plast og anvendes i vid udstrækning i fødevareemballagefilm, landbrugspjøgfilm, opskummede plastmadkasser og medicinsk knoglevævsteknik stilladser.
Sammenlignet med traditionel plast reduceres de mekaniske egenskaber og barriereegenskaberne ved stivelsesbaseret nedbrydeligt plast imidlertid betydeligt, og de kan ikke fremmes yderligere kommercielt. Derfor er den fysiske eller kemiske modifikation af stivelse meget vigtig.
Krydsbinding er en af de vigtigste metoder til stivelse modifikation. Den tæt forbundne tredimensionelle netværksstruktur dannet af tværforbindelse forbedrer den intermolekylære interaktion og opnår derved et nedbrydeligt materiale med god varmebestandighed, vandmodstand, høj styrke og fleksibilitet.
Stivelsesstrukturen og -egenskaberne
Stivelse er en polymer kulhydrat dannet ved dehydrering og polymerisering af flere glukosemolekyler.
Stivelse er meget til stede i rødder, knolde, frugter og blade af højere planter i form af granulat. På nuværende tidspunkt er de vigtigste afgrøder, der producerer stivelse, hvede, majs og kartofler.
Stivelse består hovedsageligt af amylose og amylopectin:
Amylose er meget krystallinsk og kan opløses i varmt vand uden at blive en pasta;
Amylopectin er uopløselig i koldt vand, men svulmer op i en pasta med varmt vand.
Forskellige kilder til stivelse har forskellige komponentindhold og forskellige egenskaber. Omfattende sammenligning af flere egenskaber, kartoffelstivelse har bedre anti-tilbageskridt og gennemsigtighed, og den bedste skimmel modstand, mekaniske egenskaber og vandmodstand, og er mest egnet til fremstilling af membran materialer.
a) Amylose (b) Amylopectin
Sammenligning af stivelsessammensætning og egenskaber fra forskellige kilder
Krydsbindingsmetode for stivelsesbaseret nedbrydeligt plast
Krydsbinding er en proces, hvor lineære eller forgrenede polymerkæder forbindes med kovalente bindinger for at danne et netværk eller en bulkpolymer. Ifølge forskellige metoder til krydsbinding kan tværforbundne stivelsesbaserede nedbrydelige plast opdeles i kemisk tværforbundne stivelsesbaseret nedbrydeligt plast og foto-tværgående stivelsesbaseret nedbrydeligt plast.
01
Kemisk krydslinking
Kemisk krydsbinding er reaktionen fra et krydsbindingsmiddel, der indeholder binære eller flere funktionelle grupper med hydroxylgrupperne på stivelsesmolekylerne, for at danne grupper som diether-bindinger eller diestergrupper, hvorved flere stivelsesmolekyler forbinder flere stivelsesmolekyler for at danne et rumligt netværk Den firkantede struktur af polymeren.
Almindeligt anvendte krydslinkingsmidler er glutaraldehyd, epichlorohydrin (ECH), natriumtrietaphosphat (STMP), citronsyre (CA) og æblesyre. Egenskaberne af stivelsesbaseret nedbrydeligt plast fremstillet af forskellige krydslinkingsmidler er også forskellige.
Citronsyre
Den adipic syre cross-linked film har de bedste lystransmission og barriere egenskaber. Den borsyre cross-linked film har den højeste styrke, mens CA cross-linked film har den bedste fleksibilitet; mikrotopografien viser, at de tværgående adipicsyre- og borax-film er bedre end borsyre Den tværbundne film har en mere ensartet struktur og er mere egnet til fremstilling af stivelses-/PHA-kompositfilm.
Scanning elektron mikrograf af hver prøve
I de seneste år, med den energiske fremme af miljøbeskyttelse begreber, CA-type "grønne" ikke-giftige crosslinking agenter er blevet mere og mere populære blandt forskere og er blevet de vigtigste crosslinking agenter for crosslinking stivelse-baserede nedbrydelige plast.
Stivelsesbaseret nedbrydeligt plast
Ifølge tidspunktet for tilføjelse af crosslinking agent, kemiske crosslinking kan opdeles i:
Krydsbinding (det vil sige at tilføje et krydsbindingsmiddel til at reagere under polymerstøbning)
Post-crosslinking (det vil sige, efter at materialet er dannet, krydsforbindelse opstår mellem molekyler gennem cross-linking agent opløsning dypning metode).
Hvis den krævede grad af krydsbinding ikke kan opnås ved hjælp af krydsbinding, kan det overvejes at foretage en sammenkædning efter krydsbindingen. De fleste af de tværgående reaktioner udføres i stivelsespandevæsken, og reaktionstemperaturen bør nå stivelsestemperaturen.
02
Fotocrosslinking
Photocrosslinking er en metode til at tilføje en photosensitizer til stivelsessystemet for at nedbryde det til frie radikaler under ultraviolet lys (UV) bestråling, og bruge photosensitizer til at polymerisere hydroxyl grupper i stivelse til at krydse stivelse molekyler. .
Når fotocrosslinking til fremstilling af stivelsesbaseret nedbrydeligt plast, er strålingsdosis og photosensitizerkoncentration de vigtigste faktorer, der påvirker materialets krydslinkende grad.
Sammenlignet med den kemiske krydsbindingsmetode kræver foto-krydsbindingsmetoden ikke hydrotermisk udstyr og krydsbindingsgener, er sikrere og mere miljøvenlig og er enkel at betjene, og reaktionen er nem at kontrollere. Det kan tilpasses til storstilet kontinuerlig produktion af materialer og er velegnet til biobaserede hydrogels. , Udarbejdelse af lægemiddelleveringsmaterialer osv.
Virkningen af krydsbinding på egenskaberne af stivelsesbaseret nedbrydeligt plast
01
Vandmodstand
Vandbestandighed er en af de vigtige betingelser for at teste anvendelsesstandarderne for biobaserede nedbrydelige membranmaterialer. Men på grund af stivelses naturlige hydrofilicitet udviser stivelsesbaserede filmmaterialer normalt stærkere hydrofilicitet og højere permeabilitet. Krydsbinding ændring gør stivelse har en tæt forbundet tre-dimensionelle netværk struktur, kan disse netværk effektivt forhindre indrejse og migration af vandmolekyler. Vandoptagelse, hævelse og vanddamp transmissionshastighed (WVP) bruges ofte til at karakterisere vandmodstanden af stivelse-baserede materialer.
Basefilm af stivelse
02
Mekanisk adfærd
I den daglige produktion og levetid, emballage filmmaterialer skal have en vis styrke og fleksibilitet til at opretholde deres integritet under forarbejdning. Krydsbinding etablerer intermolekylære og intramolekylære forbindelser, gør stivelsesmolekylære kæder længere og forbedrer intermolekylære interaktioner, hvilket resulterer i øget trækstyrke af materialet og nedsat forlængelse ved pausen.
Generelt kan tilføjelse af en lille mængde crosslinking agent opfylde kravene til ydeevne af produktet. Når graden af krydsbinding er lav, øges længden af stivelsesmolekyler, der er tilgængelige for glidende. Med den fortsatte stigning i graden af crosslinking øges de intermolekylære og intramolekylære interaktioner, og trækstyrken øges, men samtidig er den intermolekylære glidning også begrænset, hvilket fører til et fald i forlængelsen af materialet og viser skørhed.
Stivelse har ekstremt stærk hydrofilicitet. Hvis stivelsesindholdet i systemet er for meget, vil den intermolekylære kraft blive svækket, når materialet absorberer vand, hvilket i høj grad reducerer materialets trækstyrke.
Ud over graden af krydslinking og stivelsesindhold har relativ luftfugtighed også en større indvirkning på de mekaniske egenskaber af stivelsesbaseret nedbrydeligt plast. Når den relative luftfugtighed er 40%, de mekaniske egenskaber af stivelsesbaserede plader er de bedste. For lav relativ luftfugtighed kan gøre materialet sprødt og bryde i stykker, når det strækkes; når den relative luftfugtighed er for høj, kommer en stor mængde vandmolekyler ind i plastfolie som en blødgører, og trækstyrken falder.
Hærdningstiden og hærdningstemperaturen er også vigtige faktorer, der påvirker dens mekaniske egenskaber. Når det oxiderede saccharoseindhold er 5wt%, er glycerolindholdet 15wt%, hærdningstiden er 5min, og hærdningstemperaturen er 180°C, stivelsesfilmens mekaniske egenskaber er optimale (trækstyrke er 23MPa, forlængelse ved pausen er 60%).
Når hærdningstiden er kort, er krydsbindingen ikke nok til at danne et netværk mellem stivelsesmolekyler, og den intermolekylære interaktion er svag. Hvis hærdningstiden er for lang, vil stivelsesskeletet blive ødelagt, hvilket vil føre til et fald i trækstyrke og forlængelse ved pausen. Samtidig kræver crosslinking en tilstrækkelig høj hærdningstemperatur til at sikre effektiv fjernelse af vandmolekyler fra krydslinkingreaktionssystemet.
Stivelsesbaserede plastråvarer
Tilsætning mængden af blødgørere bør ikke være for meget. Stivelsesfilmens permeabilitet øges med stigningen i blødsmiddelkoncentrationen, men når koncentrationen overstiger den kritiske grænse, vil faseadskillelsen forekomme. Desuden kan nogle krydsbindingsmidler samtidig fungere som krydsbindingsmidler og blødgørere i stivelsesbaserede filmmaterialer.
CA har sådan en tovejseffekt. Når CA-indholdet overstiger 10wt%, fungerer det overskydende CA som en blødgører, hvilket resulterer i et fald i trækstyrke og en stigning i forlængelsen. Stigningen i CA-indholdet i PVA/stivelseskompositter fra 5wt% til 30wt% reducerede ikke trækstyrken væsentligt, men forlængelsen ved pausen steg betydeligt. Den kombinerede effekt af krydsbinding og blødgørelse fører til komplekse præstationsændringer af stivelsesbaserede materialer. For denne type krydslinking agent, en passende ekstra beløb kan forbedre ydeevnen af stivelse-baserede nedbrydelige plast, og for meget vil fungere som en blødgører, som vil have en negativ indvirkning på materialets ydeevne.
03
Nedbrydelighed
Nedbrydelighed er den største fordel ved stivelsesbaserede materialer. Bionedbrydningen af stivelsesbaserede materialer er normalt forårsaget af den biologiske aktivitet af svampe, bakterier og andre mikroorganismer under naturlige forhold såsom jord, eller under visse særlige forhold såsom kompostering betingelser eller i vandige kultur løsninger.
Jordbegravelsesmetoden bruger mikroorganismer til at udhule stivelsen i den og udskille enzymer, hvilket reducerer materialets styrke. Plasten og metalsaltet i jorden gennemgår automatisk oxidation for at generere peroxider, som fremmer brud på polymer molekylære kæder og bliver lave molekylære stoffer. , Som bliver til H2O og CO2.
Nedbrydning af kompost
Komposteringsmetoden anvender mikroorganismer til at kontrollere omdannelsen af nedbrydeligt organisk materiale i fast affald til stabil humus, H2O og CO2 under iltforhold.
Krydsbinding forbedrer den intermolekylære og intramolekylære interaktionskraft og reducerer nedbrydningshastigheden af materialet. Under normale omstændigheder er nedbrydningsgraden af stivelsesbaseret nedbrydeligt plast positivt korreleret med stivelsesindhold og jordbeslingstid, og nedbrydningshastigheden er positivt korreleret med stivelsesindhold, miljøfugtighed, tværbindingsgrad og plastisatorindhold.
Dybden af nedgravning har ingen indlysende effekt på nedbrydningshastigheden af filmen; vægttab sats af filmen inden for 15 dage er 48,70%, hvilket har perfekt biologisk nedbrydelighed.
Mængden af CO2, der frigives i jordkomposteringssystemet, karakteriserer nedbrydeligheden af CA's tværbundente høje amylosebygstivelse bioplast. Nedbrydningshastigheden af plast er relativt høj inden for 20 dage og falder betydeligt efter 20 dage. Efter 100 dage er nedbrydningshastigheden den samme som jordreferencehastigheden, og materialet nedbrydes fuldstændigt. Samtidig blev det konstateret, at nedbrydningshastigheden af tværbundet stivelsesbaseret nedbrydeligt plast var meget langsommere end stivelsesgranulat.
Den modificerede byg skaller øger nedbrydningen af PVA / stivelse tværs forbundne sammensatte film i det naturlige jordmiljø. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at vægttabsraten for den krydslinkede PVA/crosslinked stivelsesfilm er lavere end pva/stivelsesfilmens. Den naturlige byg skaller / PVA / cross-linked stivelse komposit film har den højeste nedbrydningshastighed, og vægttab sats efter 120 dage er 33%, fordi tilstedeværelsen af naturlige byg skaller i det sammensatte materiale kan absorbere mere vand.
Ændringsmetode for tværgående stivelsesbaseret nedbrydeligt plast
På grund af den kompakte tredimensionelle netværksstruktur dannet af krydsbinding, er ydeevnen af tværforbundet stivelsesbaseret nedbrydeligt plast til en vis grad blevet forbedret, men den når stadig ikke standarderne for almindelig plast. Derfor er det nødvendigt yderligere at ændre det, herunder blanding med andre polymer materialer, nano-materiale ekstraudstyr, flere modifikation, belægning hydrofobe belægning, osv.
01
Naturlig polymer blanding modifikation
Glucomannan med en netværksstruktur kan hæmme stivelsesnedstand og er gavnlig for at forbedre kompatibiliteten af blandingssystemet. Derefter tilsættes en passende mængde PVA til systemet for at blande. PVA giver filmen bedre vandmodstand og mekaniske egenskaber, men systemets kompatibilitet bliver dårlig.
Transglutaminase blev tilsat til glycerol-blødgjort sagostivelse/fiskegelatineblanding, og en vandafvisende og fleksibel stivelsesbaseret film blev fremstillet ved krydsbinding af enzymet med aminogrupper i proteinet. WVP af den modificerede film falder, forlængelse ved pause stiger, og trækstyrken falder.
Glutaraldehyd
Ved hjælp af glutaraldehyd som krydsforbindelsesmiddel, en kartoffel / CS komposit cross-linked film med bedre vandmodstand blev udarbejdet af støbning metode. Samtidig gav CS filmen unikke antibakterielle egenskaber, hvilket gør den tilgængelig inden for biomedicin eller fødevarebevarelse. Udbredte.
Sammenlignet med rene stivelsesbaserede film forbedres egenskaberne for stivelsesbaserede film, der er blandet og kryds forbundet med andre biopolymerer. Samtidig kan andre biomaterialer også give nogle ekstra egenskaber til stivelsesbaserede film. Denne metode er at forberede Den nye tendens til nye stivelsesbaserede membranmaterialer.
02
Blanding ændring af nedbrydelig polyester
Blanding af stivelse med nedbrydelig polyester, ved hjælp af polyester fremragende mekaniske egenskaber og vandmodstand, kan effektivt gøre op for manglen på stivelse film med hensyn til ydeevne. For blandingssystemer er kompatibiliteten af flere stoffer en vigtig faktor, der påvirker materialernes mekaniske egenskaber.
ECH og glycerin bruges til at ændre stivelse, og derefter blandes den modificerede stivelse med PLA, og filmen fremstilles ved en varm presningsproces. Hydroxylgrupperne på stivelsesmolekyler er krydsforbundne af ECH-molekyler for at danne ethergrupper, hvilket ændrer stivelses hydrofiliciteten. Crosslinking og plasticisering ændring af stivelse forbedrer dens kompatibilitet med PLA og forbedrer dens mekaniske egenskaber.
Når forholdet mellem stivelse/PVA/CA er 3:3:0.08, har blandingsfilmen den bedste samlede ydeevne. blandingsfilmens vandabsorption er 54,31 gange sin egen vægt, og den mekaniske trækstyrke er 46,45 MPa.
På grund af tilsætning af PVA, filmen har stærk antibakteriel aktivitet mod fødevarebårne patogene bakterier Listeria og Escherichia coli.
Testresultaterne af frisk figenemballage viser, at ca-doteret ternær kompositfilm har vanddamp permeabilitet, effektivt kan forhindre frugt råd og overflade dug, og har høj væskeophobning og vandmodstand.
Filmen har et stort potentiale i anti-tåge emballage film og aktive fødevarer emballage applikationer til emballering høj permeabilitet friske landbrugsprodukter.
En CA cross-linked PVA / stivelse komposit film, der kan anvendes på sårbandage blev udarbejdet ved støbning metode. Sammenlignet med lignende plastfilm til emballage, den forberedte PVA / stivelse kompositfilm har større fleksibilitet, lavere elastisk modulus, højere opløselighed og hævelse indeks, og fremragende in vitro nedbrydning sats og antibakterielle egenskaber, Er en fremragende sår dressing materiale.
03
Nano fyldstof forstærket ændring
Ud over nedbrydelig polyester, cellulose og nanopartikler er også fyldstoffer almindeligt anvendt i de seneste år til at studere de mekaniske egenskaber af stivelse-baserede nedbrydelige plast.
Cellulose nanofibre (CNFs) og cellulose nanokrystaller (CNC) har en bedre styrkende effekt på stivelsesfilm, og CNF'er har bedre styrke virkningerne end CNC'er. Dette skyldes hovedsagelig, at både cellulose og stivelse er polysaccharider, og de to har lignende strukturer, og stærke brintbindinger dannes let mellem hydroxylgrupper, hvilket resulterer i ekstremt stærk sammenfædning.
Cellulose nanofiber
CNC'er har en nålelignende morfologi med høj krystallinitet; mens CNF'er har en netværksstruktur med et større højde-bredde-forhold, en højere grad af sammenfiltring med stivelse og større intermolekylære interaktioner. Denne stærke grænseflade Det forbedrer de mekaniske egenskaber af stivelse-baserede film materialer.
Den voksagtige majsstivelse blev blandet med mikro/nano cellulose (MFC), og 1,2,3,4-butanetetracarboxylsyre krydsforbundne stivelsesbaserede kompositter blev fremstillet ved støbningsmetode.
Krydslinket film med MFC-indhold på 15wt% uden brug af blødsmiddel
Vi tilbyder patenteret fuld biologisk nedbrydelig film og PVA taske, alle produkter er lavet af støbning udstyr, Det er forskelligt fra traditionelle blæse støbning produkter, alle blæse støbning produkter er ikke fuld biologisk nedbrydeligt. Vi kan producere pva film og tasker i fuld gennemsigtig og forskellige farver. og PVA filmen er mere glat end de traditionelle blæse støbning produkter.
Vi tilbyder også organisk materiale fuld biologisk nedbrydelige film og poser med patenteret råvarer og produktionsproces.
For mere PVA film og tasker produkter kan du besøge os:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/