Tafsiran plastik degradable berasaskan kanji: pautan silang dan pengubahsuaian
Pengenalan: Pati adalah sebatian polimer semula jadi dan boleh diperbaharui. Oleh kerana banyaknya, ketersediaan mudah dan harganya yang rendah, pati banyak digunakan dalam penyelidikan plastik yang boleh rosak Pada masa ini, plastik berasaskan biodegradable berasaskan kanji menyumbang kira-kira 50% daripada plastik biodegradasi komersial yang ada, dan ia telah digunakan dalam filem pembungkusan makanan, filem mulsa pertanian, kotak makan tengah hari plastik berbusa, dan perancah kejuruteraan tisu tulang 41. Walau bagaimanapun, disebabkan kepada struktur molekul pati, kebolehprosesan kanji itu sendiri kurang baik. Berbanding dengan plastik tradisional, sifat mekanik dan sifat penghalang dari plastik yang boleh terurai berasaskan kanji dikurangkan dengan banyak, dan ia tidak dapat dipromosikan lebih lanjut secara komersial. Oleh itu, pengubahsuaian fizikal atau kimia pati sangat penting. Pautan silang adalah salah satu kaedah utama pengubahsuaian pati. Struktur rangkaian tiga dimensi yang disambungkan dengan erat yang dibentuk oleh pautan silang meningkatkan interaksi antara molekul, sehingga memperoleh bahan yang dapat dihancurkan dengan rintangan panas, ketahanan air, kekuatan tinggi dan fleksibiliti yang baik.
imej
Kaedah silang silang plastik degradable berasaskan kanji
Pautan silang adalah proses menghubungkan rantai polimer linier atau bercabang ke polimer rangkaian dengan membentuk ikatan kovalen. Mengikut kaedah penghubung silang yang berbeza, plastik yang boleh terurai berasaskan kanji berpaut silang dapat dibahagikan kepada plastik yang boleh terurai berasaskan kanji yang dipautkan secara silang secara kimia dan plastik yang boleh terurai berdasarkan kanji yang berpaut silang foto.
1
Pautan silang kimia
Pautan silang kimia adalah tindak balas agen penghubung silang yang mengandungi kumpulan fungsional binari atau berbilang dengan kumpulan hidroksil pada molekul kanji untuk membentuk kumpulan seperti ikatan dieter atau kumpulan diester, dengan itu memautkan pelbagai molekul kanji untuk membentuk rangkaian spatial Kaedah polimer seperti struktur. Ejen penghubung silang yang biasa digunakan adalah glutaraldehid, epiklorohidrin (ECH), natrium trimetafosfat (STMP), asid sitrik (CA) dan asid malik. Sifat-sifat plastik yang dapat dikurangkan berdasarkan kanji yang disediakan dengan agen penghubung silang yang berbeza juga berbeza.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan promosi konsep perlindungan alam sekitar yang kuat, CA-type" green" ejen pautan silang yang tidak toksik telah menjadi semakin popular di kalangan penyelidik dan telah menjadi agen penghubung silang utama untuk memautkan plastik berasaskan degradasi pati. Mengikut masa ketika agen pautan silang ditambahkan, pautan silang kimia dapat dibahagikan kepada pautan silang (iaitu, agen pautan silang ditambahkan untuk bertindak balas semasa proses pencetakan polimer) dan pautan pasang silang (iaitu, setelah bahan terbentuk, diresapi oleh penyelesaian agen penyilang silang) Kaedah ini menyebabkan hubungan silang antara molekul).
2
Pautan foto
Photocrosslinking adalah kaedah menambahkan fotosensitizer ke sistem kanji untuk menguraikannya menjadi radikal bebas di bawah sinaran sinar ultraviolet (UV), dan menggunakan fotosensitizer untuk memolimerisasi kumpulan hidroksil dalam kanji untuk memautkan molekul kanji. . Semasa membuat pautan fotokross untuk menyiapkan plastik yang dapat dikurangkan berdasarkan kanji, dos radiasi dan kepekatan fotosensitizer adalah faktor terpenting yang mempengaruhi tahap penyambungan silang bahan. Berbanding dengan kaedah pautan silang kimia, kaedah pautan silang foto tidak memerlukan peralatan hidroterma dan reagen penghubung silang, lebih selamat dan lebih mesra alam, dan mudah dikendalikan, dan reaksi mudah dikendalikan. Ia dapat disesuaikan dengan pengeluaran bahan berterusan secara besar-besaran dan sesuai untuk hidrogel berasaskan bio. , Penyediaan bahan penghantaran ubat, dll.
Kesan penghubung silang pada sifat plastik yang boleh terurai berasaskan pati
1
Ketahanan air
Ketahanan air adalah salah satu syarat penting untuk menguji piawaian aplikasi bahan membran degradable berasaskan bio. Walau bagaimanapun, kerana hidrofilik pati, bahan filem berasaskan pati umumnya menunjukkan hidrofilik yang lebih kuat dan kebolehtelapan yang lebih tinggi. Pengubahsuaian silang menjadikan pati mempunyai struktur rangkaian tiga dimensi yang tersambung dengan erat, yang secara berkesan dapat mencegah masuk dan migrasi molekul air. Penyerapan air, pembengkakan dan kadar penghantaran wap air (WVP) sering digunakan untuk mencirikan ketahanan air bahan berasaskan kanji.
2
Tingkah laku mekanikal
Dalam pengeluaran dan kehidupan seharian, bahan filem pembungkusan perlu mempunyai kekuatan dan kelenturan tertentu untuk mengekalkan integriti mereka semasa pemprosesan. Pautan silang mewujudkan hubungan antara molekul dan intramolekul, menjadikan rantai molekul pati lebih panjang, meningkatkan interaksi molekul, dan menghasilkan peningkatan kekuatan tegangan bahan dan penurunan pemanjangan pada waktu rehat. Secara amnya, menambahkan sebilangan kecil ejen pautan silang dapat memenuhi keperluan prestasi produk. Apabila tahap penghubung silang rendah, panjang molekul kanji yang tersedia untuk gelongsor meningkat. Dengan peningkatan tahap penghubung silang secara berterusan, interaksi antara molekul dan intramolekul ditingkatkan, dan kekuatan tegangan meningkat, tetapi pada masa yang sama gelinciran antar molekul juga dibatasi, yang menyebabkan penurunan pemanjangan pada pemecahan bahan dan kerapuhan. Kanji mempunyai hidrofilik yang kuat. Sekiranya terdapat terlalu banyak kanji dalam sistem, daya antarmolekul akan menjadi lemah setelah bahan menyerap air, yang sangat mengurangkan kekuatan tegangan bahan. Sebagai tambahan kepada tahap penyambungan silang dan kandungan kanji, RH juga mempunyai kesan yang lebih besar terhadap sifat mekanik plastik yang boleh terurai berasaskan kanji. Apabila RH adalah 40%, sifat mekanik lembaran berasaskan kanji adalah yang terbaik. RH yang terlalu rendah boleh menjadikan bahan rapuh dan pecah apabila diregangkan; apabila RH terlalu tinggi, sejumlah besar molekul air memasuki kepingan plastik sebagai pemplastik, dan kekuatan tegangan menurun. Masa pengawetan dan suhu pengawetan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi sifat mekaniknya.
3
Kemerosotan
Degradasi adalah kelebihan terbesar bahan berasaskan kanji. Biodegradasi bahan berasaskan kanji biasanya disebabkan oleh aktiviti biologi kulat, bakteria dan mikroorganisma lain dalam keadaan semula jadi seperti tanah, atau dalam keadaan tertentu seperti keadaan kompos atau dalam larutan kultur berair. Kaedah penguburan tanah menggunakan mikroorganisma untuk mengikis pati di dalamnya dan mengeluarkan enzim, yang mengurangkan kekuatan bahan. Plastik dan garam logam di dalam tanah mengalami pengoksidaan secara automatik untuk menghasilkan peroksida, yang mendorong pecahnya rantai molekul polimer dan menjadi bahan molekul rendah. , Yang menjadi H2O dan CO2. Kaedah pengkomposan menggunakan mikroorganisma untuk mengawal penukaran bahan organik yang boleh terurai dalam sisa pepejal menjadi humus stabil, H2O dan CO2 dalam keadaan oksigen. Pautan silang meningkatkan daya interaksi antara molekul dan intra-molekul dan mengurangkan kadar penurunan bahan. Dalam keadaan normal, tahap degradasi plastik degradable berasaskan pati berkorelasi positif dengan kandungan pati dan masa penguburan tanah, dan kadar degradasi berkorelasi positif dengan kandungan pati, kelembapan persekitaran, tahap silang, dan kandungan plasticizer.
Kaedah pengubahsuaian plastik degradasi berasaskan pati silang berangkai
Oleh kerana struktur rangkaian tiga dimensi yang padat yang dibentuk oleh penyambungan silang, prestasi plastik degradasi berasaskan pati bersilang silang telah ditingkatkan hingga tahap tertentu, tetapi ia masih tidak memenuhi standard plastik umum. Oleh itu, perlu mengubahnya lebih jauh, termasuk mencampurkan dengan bahan polimer lain, peningkatan bahan nano, pengubahsuaian berganda, lapisan salutan hidrofobik, dll
1
Pengubahsuaian campuran polimer semula jadi
Geng Shengrong dan yang lain menggunakan STMP untuk menghubungkan silang sistem campuran pati dan serbuk lalat konjac, dan menyiapkan filem campuran yang dapat dihancurkan dengan ketahanan air yang baik dan sifat mekanik melalui kaedah pembentukan filem tuangan. Hasil kajian ini menunjukkan bahawa glukomanan dengan struktur jaringan dapat menghalang pengendapan pati dan bermanfaat untuk meningkatkan keserasian sistem campuran. Kemudian sejumlah PVA yang sesuai ditambahkan ke sistem untuk dicampur. PVA memberikan ketahanan air dan sifat mekanik filem yang lebih baik, tetapi keserasian sistem menjadi lemah. Li et al. menggunakan glutaraldehid sebagai agen penghubung silang untuk menyediakan filem berangkai komposit kentang / CS dengan ketahanan air yang lebih baik dengan kaedah pemutus. Pada waktu yang sama, CS memberikan filem ini sifat antibakteria yang unik, memungkinkan untuk digunakan dalam biomedik atau pengawetan makanan. Padang digunakan secara meluas. Berbanding dengan filem berasaskan pati tulen, sifat filem berasaskan pati yang dicampur dan saling berkaitan dengan biopolimer lain diperbaiki. Pada masa yang sama, biomaterial lain juga dapat membawa beberapa sifat tambahan pada filem berasaskan pati. Kaedah ini adalah untuk menyiapkan trend baru bahan membran berasaskan pati baru.
2
Pengadunan campuran poliester yang boleh degradasi
Pengadunan kanji dengan poliester yang dapat dihancurkan, dengan bantuan sifat mekanikal dan ketahanan air yang sangat baik dari poliester&# 39, dapat menebus kekurangan prestasi filem kanji dengan berkesan. Untuk sistem pencampuran, keserasian pelbagai bahan adalah faktor penting yang mempengaruhi sifat mekanik bahan. ECH dan gliserin digunakan untuk memodifikasi pati, dan kemudian kanji yang diubahsuai dicampurkan dengan PLA, dan filem dapat disiapkan melalui proses penekanan panas. Kumpulan hidroksil pada molekul kanji dihubungkan silang oleh molekul ECH untuk membentuk kumpulan eter, sehingga mengubah hidrofilik pati. Hasilnya menunjukkan bahawa pengikatan silang dan pengubahsuaian pati dapat meningkatkan keserasiannya dengan PLA dan meningkatkan sifat mekaniknya. Filem campuran terner boleh disediakan dengan nisbah pati / PVA / CA yang berbeza.
3
Pengubahsuaian bertetulang pengisi Nano
Sebagai tambahan kepada poliester yang dapat dikurangkan, selulosa dan nanopartikel juga merupakan pengisi yang biasa digunakan dalam beberapa tahun kebelakangan ini untuk mengkaji sifat mekanik plastik yang dapat degradasi berasaskan pati. Kajian oleh Balakrishnan et al. telah menunjukkan bahawa nanofiber selulosa (CNF) dan nanokristal selulosa (CNC) mempunyai kesan pengukuhan yang lebih baik pada membran kanji, dan CNF mempunyai kesan pengukuhan yang lebih baik daripada CNC. Ini terutama disebabkan oleh fakta bahawa selulosa dan kanji kedua-duanya adalah polisakarida, dan keduanya mempunyai struktur yang serupa, dan ikatan hidrogen yang kuat terbentuk dengan mudah antara kumpulan hidroksil, menghasilkan lekatan antara muka yang sangat kuat. CNC mempunyai morfologi seperti jarum dengan kristaliniti tinggi; sementara CNF memiliki struktur jaringan dengan nisbah aspek yang besar, tahap keterikatan tinggi dengan kanji, dan interaksi yang lebih besar antara molekul. Ia meningkatkan sifat mekanikal bahan filem berasaskan kanji.
4
Pengubahsuaian lapisan hidrofobik
Untuk meningkatkan ketahanan air pada filem berasaskan pati, ia juga dapat dirawat di permukaan, seperti salutan dengan lapisan hidrofobik. Rendam filem gluten gandum yang telah disediakan dan dulang pati berbuih dalam larutan triacetate-dichloromethane. Volatilisasi pelarut yang perlahan akan membentuk filem pelapis pada permukaan bahan. Lapisan pati triasetat sangat meningkatkan ketahanan air bahan. Apabila menggunakan PLA sebagai bahan mentah untuk melapisi busa berasaskan kanji, walaupun lapisan PLA mempunyai keserasian yang kurang baik dengan busa, ia tetap meningkatkan ketumpatan, kekuatan tegangan dan kekuatan hentakan busa.
5
Pengubahsuaian pelbagai kimia
Prestasi bahan filem berasaskan pati silang yang disusun secara komprehensif dengan menggunakan kaedah pengubahsuaian berganda lebih baik daripada pada filem kanji yang diubah suai silang tunggal. Pelbagai pengubahsuaian kimia adalah aliran utama untuk meningkatkan prestasi filem-filem yang dapat dikurangkan berdasarkan pati. Apabila filem pati beroksidasi berangkai silang (filem C-OS) dan filem pati berangkai silang teroksidasi (filem O-CS) masing-masing disiapkan dengan hidrogen peroksida dan asid borik, filem O-CS mempunyai lebih banyak kelebihan kerana sebahagiannya penurunan molekul kanji kerana pengoksidaan pertama. Hidrofilik yang tinggi menjadikan filem lebih fleksibel; Filem C_OS mempunyai tahap penyambungan silang yang lebih tinggi kerana hubungan silang pertama, dan filem ini mempunyai ketahanan dan kekuatan air yang lebih baik. Pati pengubahsuaian plastik poliol polimer hidrofobik dan lipofilik disiapkan dengan berturut-turut melakukan penghubung silang STMP, rawatan permukaan agen penggabungan aluminat dan pemplastik pemplastik kompaun pada pati jagung, dan kemudian mencampurkannya dengan PCL dan kalendar ke dalam Filem, hidrofobik filem dapat diperbaiki dengan baik. Sukhija et al. menggunakan STMP sebagai agen penghubung silang dan natrium hipoklorit sebagai pengoksidaan untuk menyediakan kanji akar teratai yang diubah suai beroksidasi silang, mengadunnya dengan protein whey pekat, gliserin, dan lambung pisang, dan menyediakannya dengan kaedah pemutus. Filem berasaskan kanji diperoleh, dan kestabilan terma, sifat mekanik dan ketahanan air filem ini bertambah baik. Pengubahsuaian berganda bukan sahaja meningkatkan prestasi bahan, tetapi juga meningkatkan kos pengeluaran bahan berasaskan kanji. Oleh itu, memilih kaedah pengubahsuaian yang lebih sedikit untuk memperoleh prestasi yang lebih baik adalah fokus penyelidikan masa depan mengenai plastik yang boleh terurai berdasarkan pati.
Arah pembangunan masa depan plastik yang boleh terurai berasaskan pati silang yang dipautkan silang
Penggunaan plastik terurai berasaskan pati silang berangkai adalah salah satu kaedah penting untuk meredakan masalah" white" pencemaran. Namun, setelah bertahun-tahun melakukan penyelidikan dan pengembangan, bahan tersebut belum diproduksi secara besar-besaran dan diaplikasikan, terutama kerana biaya dan prestasinya. Plastik degradasi berasaskan kanji yang dipautkan sepenuhnya mempunyai sifat degradasi yang sangat baik, tetapi sifat mekanik dan ketahanan airnya sukar untuk mencapai standard plastik am. Untuk mendapatkan plastik yang dapat diuraikan sepenuhnya berasaskan pati yang memenuhi syarat penggunaan, pengubahsuaian pati silang silang mudah jauh dari cukup. Ia mesti dicapai melalui aplikasi komprehensif kaedah pengubahsuaian kompleks atau pencampuran dengan poliester. Kos tinggi yang dihasilkan pasti akan menghalang promosi bahan secara komersial. Pada masa ini, harga plastik berpaut silang berasaskan silang yang boleh dihancurkan yang dihasilkan di pasaran adalah 4-10 kali ganda daripada plastik tujuan am. Mereka digunakan terutamanya dalam penyumberan luar dan pembungkusan beberapa kosmetik mewah dan beberapa bekalan perubatan (seperti jahitan pembedahan dan kapsul pelepasan ubat). ).
Walau bagaimanapun, pati adalah salah satu bahan mentah paling kompetitif untuk plastik berasaskan bio, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam strategi pembangunan lestari. Pada masa ini, plastik campuran poliester yang dapat diurai dengan pati adalah produk yang paling matang dan boleh terurai sepenuhnya di pasaran. Pada masa akan datang, para penyelidik harus mengabdikan diri untuk mengembangkan plastik degradable berasaskan pati dan berprestasi tinggi. Terdapat terutamanya arahan penyelidikan berikut:
1. Kaedah pengubahsuaian yang selamat dan mesra alam harus digunakan dalam proses pengubahsuaian, dan bahan tambahan hijau dan bebas pencemaran harus digunakan semaksimum mungkin untuk memudahkan degradasi atau kompos mereka.
2. Untuk plastik degradasi berasaskan pati campuran, jumlah pati yang digunakan harus ditingkatkan sebanyak mungkin di premis memenuhi syarat prestasi untuk mengurangkan kos pengeluaran bahan; pada masa yang sama, campuran harus mempunyai keserasian yang baik untuk mendapatkan sifat mekanik yang sangat baik.
3. Memperkenalkan bahan baru untuk memberikan sifat multifungsi plastik degradable berasaskan pati, seperti penambahan kitosan, PVA, dan lain-lain untuk memberikan sifat antibakteria bahan kanji, menambahkan rosin, dan lain-lain untuk memberikan bahan berasaskan pati anti-ultraviolet sifat, sehingga dapat meluaskan penerapan pasaran plastik yang boleh terurai berasaskan kanji.
4. Kembangkan proses baru untuk mengurangkan penggunaan tenaga pengeluaran bahan, seperti penggunaan kaedah cetakan yang lebih baik, kaedah pencetakan pukulan penyemperitan, dan lain-lain, bukannya kaedah penggambaran filem untuk mempromosikan pengeluaran besar-besaran secara berterusan komersial plastik degradable berasaskan pati .
Kami menawarkan filem penuh biodegradable dan beg PVA yang dipatenkan, semua produk dibuat dengan peralatan pemutus, Ia berbeza dengan produk cetak tiup tradisional, semua produk cetak tiup tidak boleh terbiodegradasi sepenuhnya. Kami dapat menghasilkan filem dan beg pva dalam bentuk telus dan pelbagai warna. dan filem PVA lebih halus daripada produk cetak tradisional.
Kami juga menawarkan bahan organik filem dan biodegradasi penuh dengan bahan mentah yang dipatenkan dan Proses pengeluaran.
Untuk lebih banyak produk filem dan beg PVA sila lawati kami:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/