Želite li najnoviju tehnologiju modifikacije biorazgradive plastike na bazi škroba?
Od 1930-ih i 1940-ih, plastika je postala četvrta glavna vrsta osnovnih materijala nakon čelika, drveta i cementa zbog svojih prednosti male težine, niske cijene i jake plastičnosti. Plastični proizvodi opće namjene bacaju se u velikim količinama, a nastali&"bijelo zagađenje GG"; je izazvao ogroman pritisak na ekološku sredinu. Istodobno, nafta kao neobnovljivi resurs na kraju će se iscrpiti.
Stoga su posljednjih godina zemlje širom svijeta sukcesivno izdavale&"; plastične narudžbe GG"; ohrabriti praktičare i potrošače da koriste zelenu i ekološki prihvatljivu razgradivu plastiku sveobuhvatnim zabranama, dobrovoljnim sporazumima i drugim metodama.
Vrste razgradive plastike
Polikaprolakton (PCL)
Polilaktična kiselina (PLA)
Polivinil alkohol (PVA), polihidroksi
Alkil ester (PHA)
skrob
Celuloza
Natrijum alginat (SA)
Hitosan (CS)
Plastika na bazi proteina
Škrob je prirodni i obnovljivi polimerni spoj. Zbog obilja, jednostavne dostupnosti i niske cijene favorizira ga razgradiva plastika.
Trenutno razgradiva plastika na bazi škroba čini oko 50% postojeće komercijalno razgradive plastike i široko se koristi u filmovima za pakiranje hrane, poljoprivrednim malč filmovima, pjenastim plastičnim kutijama za ručak i medicinskim skelama za koštano tkivo.
Međutim, u usporedbi s tradicionalnom plastikom, mehanička svojstva i svojstva barijera razgradive plastike na bazi škroba znatno su smanjena i ne mogu se dalje komercijalno promovirati. Stoga je fizička ili kemijska modifikacija škroba vrlo važna.
Umrežavanje je jedna od glavnih metoda modifikacije škroba. Čvrsto povezane trodimenzionalne mrežne strukture formirane umrežavanjem pojačavaju intermolekularnu interakciju, čime se dobiva razgradivi materijal s dobrom otpornošću na toplinu, vodootpornošću, velikom čvrstoćom i fleksibilnošću.
Struktura i svojstva skroba
Škrob je polimerni ugljikohidrat nastao dehidracijom i polimerizacijom više molekula glukoze.
Škrob je široko prisutan u korijenju, gomoljima, plodovima i lišću viših biljaka u obliku granula. Trenutno su glavne kulture koje proizvode škrob pšenica, kukuruz i krompir.
Škrob se uglavnom sastoji od amiloze i amilopektina:
Amiloza je visoko kristalna i može se otopiti u vrućoj vodi, a da ne postane pasta;
Amilopektin je netopiv u hladnoj vodi, ali nabubri u pastu sa vrućom vodom.
Različiti izvori škroba imaju različit sadržaj komponenata i različita svojstva. Sveobuhvatnom usporedbom više svojstava, krumpirov škrob ima bolju anti-retrogradnost i prozirnost, te najbolju otpornost na plijesan, mehanička svojstva i vodonepropusnost, te je najprikladniji za pripremu membranskih materijala.
(a) Amiloza (b) Amilopektin
Usporedba sastava i svojstava škroba iz različitih izvora
Metoda umrežavanja razgradive plastike na bazi škroba
Umrežavanje je postupak u kojem su linearni ili razgranati polimerni lanci povezani kovalentnim vezama da bi stvorili mrežu ili rasuti polimer. Prema različitim metodama umrežavanja, umreženu plastiku na bazi škroba možemo podijeliti na kemijski umreženu plastiku na bazi škroba i foto umreženu plastiku na bazi škroba.
01
Hemijsko umrežavanje
Kemijsko umrežavanje je reakcija umreženog agensa koji sadrži binarne ili višestruke funkcionalne skupine s hidroksilnim skupinama na molekulima škroba da bi se stvorile skupine kao što su dieterove veze ili diester grupe, čime se umrežavanje više molekula škroba stvara u prostornu mrežu Kvadratna struktura polimera.
Često korišćeni agensi za umrežavanje su glutaraldehid, epiklorohidrin (ECH), natrijum trimetafosfat (STMP), limunska kiselina (CA) i jabučna kiselina. Svojstva razgradive plastike na bazi škroba pripremljene od različitih sredstava za umrežavanje su takođe različita.
Limunska kiselina
Umreženi film adipinske kiseline ima najbolja svojstva propuštanja svjetlosti i barijere. Umreženi film borne kiseline ima najveću čvrstoću, dok CA umreženi film ima najbolju fleksibilnost; mikro-topografija pokazuje da su umreženi filmovi za adipinsku kiselinu i boraks bolji od borne kiseline. Umreženi film ima ujednačeniju strukturu i pogodniji je za pripremu kompozitnih filmova škroba / PHA.
Skeniranje elektronske mikrografije svakog uzorka
Posljednjih godina, uz energičnu promociju koncepata zaštite okoliša, CA tip&"zeleni GG"; netoksična sredstva za umrežavanje postaju sve popularnija među istraživačima i postala su glavna sredstva za umrežavanje za umrežavanje plastike na bazi škroba.
Razgradiva plastika na bazi škroba
Prema vremenu dodavanja sredstva za umrežavanje, kemijsko umrežavanje možemo podijeliti na:
Umrežavanje (odnosno dodavanje sredstva za umrežavanje da reaguje tokom oblikovanja polimera)
Post-umrežavanje (to jest, nakon što se materijal formira, dolazi do umrežavanja između molekula metodom potapanja otopine sredstva za umrežavanje).
Ako se potreban stupanj umrežavanja ne može postići korištenjem umrežavanja, može se razmotriti post-umrežavanje. Većina reakcija umrežavanja provodi se u tekućini skrobne paste, a temperatura reakcije treba doseći temperaturu želatinizacije škroba.
02
Photocrosslinking
Fotopovezanje je metoda dodavanja fotosenzibilizatora u škrobni sistem da bi se on razložio na slobodne radikale pod ultraljubičastim zračenjem (UV), a fotosenzibilizator polimerizira hidroksilne grupe u škrobu kako bi umrežio molekule škroba. .
Pri foto-umrežavanju za pripremu plastike na bazi škroba, doza zračenja i koncentracija fotosenzibilizatora najvažniji su faktori koji utječu na stupanj umreženosti materijala.
U usporedbi s kemijskom metodom umrežavanja, metoda foto-umrežavanja ne zahtijeva hidrotermalnu opremu i reagense za umrežavanje, sigurnija je i ekološki prihvatljivija, jednostavna je za rukovanje i reakciju je lako kontrolirati. Može se prilagoditi širokoj kontinuiranoj proizvodnji materijala i pogodan je za hidrogelove na biološkoj osnovi. , Priprema materijala za isporuku lijekova itd.
Učinak umrežavanja na svojstva plastike na bazi škroba
01
Otpornost na vodu
Otpornost na vodu jedan je od važnih uvjeta za ispitivanje standarda primjene biorazgradivih membranskih materijala. Međutim, zbog prirodne hidrofilnosti škroba, filmski materijali na bazi škroba obično pokazuju jaču hidrofilnost i veću propusnost. Modifikacija umrežavanja čini da škrob ima čvrsto povezanu trodimenzionalnu mrežnu strukturu, te mreže mogu efikasno spriječiti ulazak i migraciju molekula vode. Apsorpcija vode, bubrenje i brzina propuštanja vodene pare (WVP) često se koriste za karakterizaciju vodootpornosti materijala na bazi škroba.
Škrobni osnovni film
02
Mehaničko ponašanje
U svakodnevnoj proizvodnji i životu ambalažni filmski materijali moraju imati određenu čvrstoću i fleksibilnost kako bi održali svoj integritet tokom obrade. Umrežavanjem se uspostavljaju intermolekularne i intramolekularne veze, molekularni lanci skroba postaju duži i pojačavaju se međumolekularne interakcije, što rezultira povećanom vlačnom čvrstoćom materijala i smanjenim istezanjem pri prekidu.
Uopšteno govoreći, dodavanje male količine sredstva za umrežavanje može zadovoljiti zahtjeve performansi proizvoda. Kada je stupanj umrežavanja nizak, povećava se dužina molekula škroba dostupnih za klizanje. Kontinuiranim povećanjem stupnja umrežavanja poboljšavaju se međumolekularne i intramolekularne interakcije, a rastezljivost rastezanja raste, ali je istovremeno ograničeno i intermolekularno proklizavanje, što dovodi do smanjenja izduženja pri lomu materijala i pokazuje krhkost.
Skrob ima izuzetno jaku hidrofilnost. Ako je sadržaj škroba u sistemu prevelik, intermolekularna sila će oslabiti nakon što materijal upije vodu, što uvelike smanjuje vlačnu čvrstoću materijala.
Pored stepena umrežavanja i sadržaja škroba, relativna vlažnost zraka takođe ima veći utjecaj na mehanička svojstva razgradljive plastike na bazi škroba. Kada je relativna vlažnost zraka 40%, mehanička svojstva limova na bazi škroba su najbolja. Preniska relativna vlažnost može učiniti materijal krhkim i razbiti se na komade pri istezanju; kada je relativna vlažnost previsoka, velika količina molekula vode ulazi u plastični lim kao plastifikator, a vlačna čvrstoća opada.
Vrijeme stvrdnjavanja i temperatura očvršćavanja također su važni faktori koji utječu na njegova mehanička svojstva. Kada je sadržaj oksidirane saharoze 5 mas.%, Sadržaj glicerola 15 mas.%, Vrijeme stvrdnjavanja 5 min, a temperatura stvrdnjavanja 180 ° C, mehanička svojstva škrobnog filma su optimalna (vlačna čvrstoća 23MPa, produljenje pri prekidu 60%).
Kad je vrijeme stvrdnjavanja kratko, umrežavanje nije dovoljno za stvaranje mreže između molekula škroba, a intermolekularna interakcija je slaba. Ako je vrijeme stvrdnjavanja predugo, kostur skroba će se uništiti, što će dovesti do smanjenja vlačne čvrstoće i izduženja pri lomu. Istodobno, za umrežavanje je potrebna dovoljno visoka temperatura stvrdnjavanja kako bi se osiguralo učinkovito uklanjanje molekula vode iz reakcijskog sustava umrežavanja.
Plastične sirovine na bazi škroba
Dodana količina plastifikatora ne smije biti prevelika. Propusnost škrobnog filma raste s porastom koncentracije plastifikatora, ali kada njegova koncentracija prijeđe kritičnu granicu, doći će do razdvajanja faza. Pored toga, neka sredstva za umrežavanje mogu istovremeno funkcionisati kao agensi za umrežavanje i plastifikatori u filmskim materijalima na bazi škroba.
CA ima takav dvosmjerni efekat. Kada sadržaj CA premaši 10 mas.%, Višak CA djeluje kao plastifikator, što rezultira smanjenjem vlačne čvrstoće i povećanjem istezanja pri prekidu. Povećanje sadržaja CA u PVA / škrobnim kompozitima sa 5 mas.% Na 30 mas.% Nije značajno smanjilo vlačnu čvrstoću, ali je istezanje pri prekidu značajno poraslo. Kombinirani učinak umrežavanja i plastificiranja dovodi do složenih promjena u performansama materijala na bazi škroba. Za ovu vrstu agensa za umrežavanje, odgovarajuća količina dodatka može poboljšati performanse razgradive plastike na bazi škroba, a previše će djelovati kao plastifikator, što će negativno utjecati na performanse materijala.
03
Razgradljivost
Razgradljivost je najveća prednost materijala na bazi škroba. Biorazgradnja materijala na bazi škroba obično je uzrokovana biološkom aktivnošću gljivica, bakterija i drugih mikroorganizama u prirodnim uvjetima poput tla, ili pod određenim specifičnim uvjetima kao što su kompostiranje ili vodene otopine kultura.
Metoda zakopavanja u tlu koristi mikroorganizme za eroziju škroba u njemu i lučenje enzima, što smanjuje čvrstoću materijala. Plastika i metalna sol u tlu prolaze kroz autooksidaciju da bi stvorili perokside, koji pospješuju pucanje polimernih molekularnih lanaca i postaju niskomolekularne supstance. , Koji postaje H2O i CO2.
Razgradnja komposta
Metoda kompostiranja koristi mikroorganizme za kontrolu pretvorbe razgradive organske tvari u čvrstom otpadu u stabilni humus, H2O i CO2 pod uslovima kisika.
Umrežavanje poboljšava intermolekularnu i intramolekularnu silu interakcije i smanjuje brzinu razgradnje materijala. U normalnim okolnostima, stupanj razgradljivosti razgradive plastike na bazi škroba pozitivno je u korelaciji sa sadržajem škroba i vremenom zakopavanja, a stopa razgradnje pozitivno korelira sa sadržajem škroba, vlagom u okolini, stupnjem umreženosti i sadržajem plastifikatora.
Dubina ukopa nema očigledan utjecaj na brzinu razgradnje filma; stopa gubitka težine filma u roku od 15 dana iznosi 48,70%, što ima savršenu biorazgradljivost.
Količina CO2 oslobođena u sistemu kompostiranja tla karakterizira razgradljivost CA umrežene bioplastike visokog amiloznog ječma. Stopa razgradnje plastike je relativno visoka u roku od 20 dana, a značajno opada nakon 20 dana. Nakon 100 dana stopa razgradnje jednaka je referentnoj stopi tla, a materijal se potpuno razgrađuje. Istodobno je utvrđeno da je stopa razgradnje umrežene plastike na bazi škroba mnogo sporija od one u granulama škroba.
Modificirana ljuska ječma pojačava razgradnju PVA / škrobnog umreženog kompozitnog filma u prirodnom okruženju tla. Rezultati ove studije pokazuju da je stopa gubitka težine umreženog filma PVA / umreženi škrob niža od one kod filma PVA / škrob. Kompozitni film prirodne ljuske ječma / PVA / umreženog škroba ima najveću stopu razgradnje, a stopa gubitka težine nakon 120 dana iznosi 33%, jer prisustvo prirodne ljuske ječma u kompozitnom materijalu može apsorbirati više vode.
Metoda modifikacije umrežene plastike na bazi škroba
Zahvaljujući kompaktnoj trodimenzionalnoj mrežnoj strukturi formiranoj umrežavanjem, performanse umrežene plastike koja se razgrađuje na bazi škroba poboljšane su do određene mjere, ali još uvijek ne doseže standarde opće plastike. Stoga ga je potrebno dodatno modificirati, uključujući miješanje s drugim polimernim materijalima, poboljšanje nano-materijala, višestruku modifikaciju, premazivanje hidrofobnim premazom itd.
01
Modifikacija miješanja prirodnog polimera
Glukomanan sa mrežnom strukturom može inhibirati taloženje škroba i koristan je za poboljšanje kompatibilnosti sistema za miješanje. Tada se u sustav dodaje odgovarajuća količina PVA za miješanje. PVA pruža filmu bolju vodonepropusnost i mehanička svojstva, ali kompatibilnost sistema postaje loša.
Transglutaminaza je dodana glicerinom plastificiranom mješavinom sago skroba i riblje želatine, a pripremljen je vodootporan i fleksibilan film na bazi škroba umrežavanjem enzima s amino skupinama u proteinu. WVP modificiranog filma se smanjuje, rastezanje pri prekidu povećava i vlačna čvrstoća smanjuje.
Glutaraldehid
Koristeći glutaraldehid kao sredstvo za umrežavanje, metodom lijevanja pripremljen je kompozitni umreženi film krompir / CS s boljom vodonepropusnošću. U isto vrijeme, CS je filmu dao jedinstvena antibakterijska svojstva, čineći ga dostupnim na polju biomedicine ili konzerviranja hrane. široko se koristi.
U poređenju sa čistim filmovima na bazi škroba, poboljšavaju se svojstva filmova na bazi škroba koji su pomiješani i umreženi s drugim biopolimerima. Istodobno, drugi biomaterijali također mogu donijeti neka dodatna svojstva filmovima na bazi škroba. Ovom metodom se priprema novi trend novih membranskih materijala na bazi škroba.
02
Modifikacija miješanja razgradivog poliestera
Mešanje škroba s razgradivim poliesterom, uz pomoć poliestera' izvrsnih mehaničkih svojstava i vodootpornosti, može efikasno nadoknaditi nedostatak škrobnog filma u smislu performansi. Za sisteme miješanja, kompatibilnost više supstanci važan je faktor koji utječe na mehanička svojstva materijala.
ECH i glicerin koriste se za modificiranje škroba, a zatim se modificirani škrob miješa s PLA i film se priprema postupkom vrućeg prešanja. Hidroksilne skupine na molekulima škroba umrežene su molekulama ECH da bi stvorile eterske skupine, mijenjajući time hidrofilnost škroba. Modifikacija umrežavanja i plastificiranja škroba poboljšava njegovu kompatibilnost s PLA i poboljšava njegova mehanička svojstva.
Kada je omjer sadržaja škroba / PVA / CA 3: 3: 0,08, blend film ima najbolje ukupne performanse; apsorpcija vode smjese filma je 54,31 puta veća od vlastite težine, a mehanička vlačna čvrstoća je 46,45 MPa.
Zahvaljujući dodatku PVA, film ima snažnu antibakterijsku aktivnost protiv patogenih bakterija Listeria i Escherichia coli koje se prenose hranom.
Rezultati ispitivanja ambalaže od svježe smokve pokazuju da trokomponentni kompozitni film dopiran sa CA ima propusnost vodene pare, može učinkovito spriječiti truljenje voća i površinsko zamagljivanje te ima visoko zadržavanje vode i otpornost na vodu.
Film ima veliki potencijal u ambalaži protiv zamagljivanja i aktivnim aplikacijama za pakiranje hrane za pakiranje svježih poljoprivrednih proizvoda visoke propusnosti.
Metodom lijevanja pripremljen je CA umreženi PVA / škrobni kompozitni film koji se može nanijeti na obloge za rane. U usporedbi sa sličnim plastičnim folijama za pakiranje, pripremljeni PVA / škrobni kompozitni film ima veću fleksibilnost, niži modul elastičnosti, veću topljivost i indeks bubrenja, te izvrsnu brzinu razgradnje in vitro i antibakterijska svojstva, izvrstan je materijal za zavijanje rana.
03
Modifikacija pojačana nano punilom
Pored razgradivog poliestera, celuloza i nanočestice su punila koja se često koriste posljednjih godina za proučavanje mehaničkih svojstava razgradive plastike na bazi škroba.
Celulozna nano vlakna (CNF) i celulozni nanokristali (CNC) imaju bolji učinak jačanja na škrobni film, a CNF imaju bolji učinak jačanja od CNC-a. To je uglavnom zbog činjenice da su i celuloza i škrob polisaharidi, a njih dvije imaju slične strukture, a između hidroksilnih grupa lako se stvaraju jake vodikove veze, što rezultira izuzetno jakom međufaznom adhezijom.
Celulozno nanofibre
CNC imaju morfologiju poput igle s visokom kristalnošću; dok CNF-ovi imaju mrežnu strukturu s većim omjerom stranica, većim stupnjem zapletenosti škrobom i većim intermolekularnim interakcijama. Ovo snažno sučelje poboljšava mehanička svojstva filmskih materijala na bazi škroba.
Voštani kukuruzni škrob pomiješan je s mikro / nano celulozom (MFC), a metodom lijevanja pripremljeni su umreženi kompoziti na bazi škroba od 1,2,3,4-butanetetrakarboksilne kiseline.
Umreženi film sa sadržajem MFC od 15 mas.% Bez upotrebe bilo kakvog plastifikatora
Nudimo patentirani puni biorazgradivi film i PVA vrećicu, svi proizvodi su izrađeni od opreme za lijevanje, razlikuje se od tradicionalnih proizvoda za oblikovanje duvanjem, svi proizvodi za oblikovanje puhanjem nisu potpuno biorazgradivi. Možemo proizvoditi pva filmove i torbe u potpuno prozirnim i raznim bojama. a PVA film je glatkiji od tradicionalnih proizvoda za oblikovanje duvanjem.
Takođe nudimo biorazgradivi film od organskog materijala i vreće sa patentiranom sirovinom i proizvodni proces.
Za više proizvoda od PVA filma i vrećica posjetite nas:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/