Due categorie di materiali biodegradabili
I materiali biodegradabili possono essere suddivisi in materiali completamente biodegradabili e materiali biodegradabili distruttivi in base al meccanismo di degradazione e ai metodi di distruzione.
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Materiale completamente biodegradabile
I materiali completamente biodegradabili si riferiscono a materiali biodegradabili che possono essere decomposti da batteri, funghi, attinomiceti e altri microrganismi. Può infine essere scomposto in CO2 e acqua sotto l'azione dei batteri o della sua idrolasi per tornare alla natura, per questo è chiamato"materiale verde". Dal metodo di preparazione, può essere diviso in tre tipi: metodo di fermentazione microbica, sintesi chimica e miscelazione di polimeri naturali.
Fermentazione microbica
La fermentazione microbica si riferisce ai materiali biodegradabili ottenuti attraverso la fermentazione microbica utilizzando la materia organica come fonte di carbonio, principalmente esteri di acidi grassi poliidrossilici. L'estere di acidi grassi polialchilici (PHA) è un poliestere intracellulare sintetizzato da molti batteri. Ha molte proprietà eccellenti come la biodegradabilità, la biocompatibilità e la commestibilità. Ha svolto un ruolo importante nei materiali biomedici, nei materiali per l'ingegneria dei tessuti, nei materiali a rilascio prolungato, nei materiali elettrici e nei materiali di imballaggio.
L'amplificatore Procter &; La Gamble Company degli Stati Uniti ha sviluppato con successo i prodotti della serie PHA e le loro varie applicazioni come fili di sutura, tessuti non tessuti e vari materiali di imballaggio. Attualmente, la ricerca globale di PHA si concentra principalmente sull'uso della sua biodegradabilità, biocompatibilità e altre caratteristiche per sviluppare applicazioni in campi ad alto valore aggiunto come quello medico, farmaceutico ed elettronico.
Sintesi chimica
I materiali degradabili polimerici sintetizzati chimicamente si riferiscono a materiali biodegradabili sintetizzati e prodotti con metodi chimici. La maggior parte di essi sono poliesteri alifatici contenenti strutture a base di esteri che possono essere degradate dai microrganismi nelle loro strutture molecolari. Attualmente, i prodotti industrializzati rappresentativi sono il policaprolattone (PCL), il polisuccinato succinato (BS) e l'acido polilattico. (PLA), poliestere alifatico/copolimero poliestere aromatico (CPE), ecc.
L'acido polilattico ha un'eccellente biocompatibilità e assorbibilità, non tossico, non irritante, può essere completamente decomposto in CO2 e H2O in natura, nessun inquinamento per l'ambiente, è attualmente il polimero biodegradabile più promettente. L'acido polilattico ha una vasta gamma di usi ed è attualmente utilizzato nei polimeri biomedici, nelle industrie tessili e degli imballaggi. Il policaprolattone (PCL) ha un'eccellente biocompatibilità, memoria e biodegradabilità e i suoi prodotti sono principalmente concentrati nell'uso medico e quotidiano come plantari, suture, bende e plastiche degradabili.
Miscela di polimeri naturali
I materiali biodegradabili polimerici naturali sono materiali realizzati utilizzando polimeri naturali biodegradabili, come materiali biologici di origine vegetale e chitina di origine animale, come substrati per rendere degradabile il prodotto. Le fonti vegetali includono cellulosa, emicellulosa, lignina, amido, polisaccaridi e idrocarburi composti da pareti cellulari; le fonti animali sono principalmente crostacei come gamberetti e granchi. Le varietà principali sono amido gelatinizzato PHB/PCL/amido gelatinizzato PCL/PHBV, ecc.
Tali materiali degradabili sono ricchi di materie prime, possono essere completamente biodegradabili, i prodotti sono sicuri e non tossici e le persone prestano sempre più attenzione. Tuttavia, i materiali polimerici naturali sono completamente biodegradabili. Tuttavia, le sue proprietà termiche e meccaniche sono scarse e non possono soddisfare i requisiti prestazionali dei materiali tecnici. Pertanto, l'attuale direzione della ricerca è quella di modificare i polimeri naturali per ottenere preziosi materiali di degradazione dei polimeri naturali.
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Materiale biodistruttivo
I materiali biodistruttivi sono a livello materiale. Sono principalmente materiali degradabili realizzati mediante miscelazione o copolimerizzazione di polimeri naturali e polimeri sintetici di uso generale. I metodi di combinazione sono i seguenti:
(1) Utilizzare metodi di fusione e miscelazione della soluzione;
(2) Un materiale polimerico viene disperso in una soluzione acquosa di un altro polimero per formare un sistema di sospensione e infine vengono realizzati vari compositi;
(3) Disperdere o dissolvere materiali polimerici naturali in un sistema che può subire reazioni di polimerizzazione, condurre reazioni di omopolimerizzazione e copolimerizzazione e polimerizzare monomeri nel sistema per ottenere materiali compositi contenenti polimeri naturali;
(4) Degradare adeguatamente le macromolecole naturali in condizioni appropriate (come acide o alcaline, ecc.) e polimerizzare i segmenti molecolari degradati con altri monomeri. Pertanto, viene preparato un nuovo copolimero con proprietà biodegradabili. Di seguito verranno presentati i materiali degradabili ottenuti per miscelazione o copolimerizzazione di amido, cellulosa, proteine e polimeri sintetici.
Materiali a base di amido
Come una sorta di composto polimerico naturale, l'amido ha un'ampia varietà di fonti e un basso costo. E può essere completamente degradato in vari ambienti naturali. Alla fine viene decomposto in CO2 e H2O e non causerà alcun inquinamento all'ambiente. Pertanto, i materiali degradabili a base di amido sono diventati il materiale biodegradabile più ricercato e sviluppato in patria e all'estero. Può essere ottenuto miscelando con altri polimeri o copolimerizzando con monomeri. Materiali degradabili a base di amido.
Nel 1973, Griffin ottenne per la prima volta il brevetto per i materiali di riempimento per la modifica della superficie dell'amido. Negli anni '80, alcuni paesi hanno sviluppato materiali biodegradabili pieni di amido sullo sfondo dei brevetti di Grifn'. I materiali di amido riempiti sono anche noti come materiali biodistruttivi. Il suo processo di fabbricazione consiste nell'aggiungere una certa quantità di amido e altre piccole quantità di additivi ai materiali generali e quindi trasformarli in forme. Il contenuto di amido non supera il 30%. La tecnologia del materiale di riempimento dell'amido è matura e il processo di produzione è semplice e può essere prodotto migliorando leggermente l'attrezzatura di elaborazione esistente. Pertanto, la maggior parte dei prodotti di materiale amido degradabile domestico sono di questo tipo.
La Canadian St. Lawrence Starch Company ha ricercato e prodotto un masterbatch Ecostar di amido modificato. Può essere miscelato con polietilene, polipropilene, polistirene, alcol polivinilico e poliuretano per realizzare materiali biodegradabili. Il materiale a base di amido sviluppato dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti è quello di aggiungere amido gelatinizzato contenente il 40% -60% di acqua all'EAA (acido etilene acrilico). ) Viene miscelato per realizzare film di pacciamatura agricola. Il polistirene innestato con amido sviluppato dalla Purde University negli Stati Uniti adotta la polimerizzazione cationica per controllare efficacemente il peso molecolare e le proprietà fisiche. Tra questi, l'amido contiene il 20%-30% di amido e il polimero ad innesto ha il solito polistirene Proprietà simili all'etilene. Può essere usato come bottiglie, pellicole, ecc. Liu Shufu dell'Università di tecnologia di Taiyuan del mio paese e altri hanno studiato la copolimerizzazione dell'innesto di fecola di patate e cloruro di polivinile. L'Istituto di chimica applicata dell'Accademia delle scienze di Jiangxi ha utilizzato la copolimerizzazione dell'innesto di amido e stirene per produrre materiali a base di amido. Sono state esplorate membrane degradabili.
Materiali a base di cellulosa
Esistono anche due metodi di preparazione per le plastiche a base di cellulosa, uno è la miscelazione e l'altro è la modifica chimica dei tipici materiali a base di cellulosa. Esistono diversi metodi di preparazione: la miscelazione di cellulosa e chitosano, la miscelazione di cellulosa e proteine, la miscelazione di cellulosa e suoi derivati, la copolimerizzazione di cellulosa e monomeri polimerici, emicellulosa, lignina, ecc. Possono essere utilizzati metodi di miscelazione e modificazione chimica per preparare materiali degradabili a base di cellulosa. Ad esempio, l'Università di Kyoto in Giappone può preparare materiali biodegradabili marrone chiaro trattando la polvere di legno con acido laurico.
Materiali a base di proteine
Sebbene la proteina abbia una buona biodegradabilità, le sue proprietà termiche e meccaniche sono scarse. Il trattamento chimico (compresa la copolimerizzazione) può migliorarne le proprietà termiche e meccaniche, ma la ricerca in questo settore è ancora nella fase di ricerca di base.
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