Non vedi l'ora dell'ultima tecnologia di modifica della plastica biodegradabile a base di amido?
Dagli anni '30 e '40, la plastica è diventata il quarto grande nuovo tipo di materiale di base dopo acciaio, legno e cemento grazie ai suoi vantaggi di leggerezza, basso costo e forte plasticità. I prodotti di plastica per uso generale vengono scartati in grandi quantità e il risultante" inquinamento bianco" ha causato un'enorme pressione sull'ambiente ecologico. Allo stesso tempo, il petrolio come risorsa non rinnovabile finirà per esaurirsi.
Pertanto, negli ultimi anni, i paesi di tutto il mondo hanno successivamente emesso" ordini limite di plastica" incoraggiare professionisti e consumatori a utilizzare plastiche degradabili verdi e rispettose dell'ambiente attraverso divieti globali, accordi volontari e altri metodi.
Tipi di plastica degradabile
Policaprolattone (PCL)
Acido polilattico (PLA)
Alcol polivinilico (PVA), poliidrossi
Estere alchilico (PHA)
amido
Cellulosa
Alginato di sodio (SA)
Chitosano (CS)
Plastiche a base biologica a base di proteine
L'amido è un composto polimerico naturale e rinnovabile. Per la sua abbondanza, la facile disponibilità e il prezzo basso, è favorito dalle plastiche degradabili.
Attualmente, le plastiche degradabili a base di amido rappresentano circa il 50% delle plastiche degradabili commerciali esistenti e sono ampiamente utilizzate nei film per imballaggi alimentari, nei film per pacciamatura agricola, nelle scatole per il pranzo in plastica espansa e negli scaffold per l'ingegneria dei tessuti ossei medici.
Tuttavia, rispetto alle plastiche tradizionali, le proprietà meccaniche e le proprietà barriera delle plastiche degradabili a base di amido sono notevolmente ridotte e non possono essere ulteriormente promosse commercialmente. Pertanto, la modifica fisica o chimica dell'amido è molto importante.
La reticolazione è uno dei principali metodi di modifica dell'amido. La struttura reticolare tridimensionale strettamente connessa formata dalla reticolazione migliora l'interazione intermolecolare, ottenendo così un materiale degradabile con buona resistenza al calore, resistenza all'acqua, elevata resistenza e flessibilità.
La struttura e le proprietà dell'amido
L'amido è un carboidrato polimerico formato dalla disidratazione e dalla polimerizzazione di più molecole di glucosio.
L'amido è ampiamente presente nelle radici, nei tuberi, nei frutti e nelle foglie delle piante superiori sotto forma di granuli. Attualmente, le principali colture che producono amido sono il grano, il mais e le patate.
L'amido è composto principalmente da amilosio e amilopectina:
L'amilosio è altamente cristallino e può dissolversi in acqua calda senza diventare una pasta;
L'amilopectina è insolubile in acqua fredda, ma si gonfia in una pasta con acqua calda.
Diverse fonti di amido hanno un contenuto di componenti diverso e proprietà diverse. Confronto completo di più proprietà, la fecola di patate ha una migliore anti-retrogressione e trasparenza e la migliore resistenza alla muffa, proprietà meccaniche e resistenza all'acqua ed è più adatta per la preparazione di materiali a membrana.
(a) Amilosio (b) Amilopectina
Confronto della composizione e delle proprietà degli amidi di diverse fonti
Metodo di reticolazione della plastica degradabile a base di amido
La reticolazione è un processo in cui catene polimeriche lineari o ramificate sono collegate da legami covalenti per formare una rete o un polimero sfuso. Secondo diversi metodi di reticolazione, le plastiche degradabili a base di amido reticolate possono essere suddivise in plastiche degradabili a base di amido reticolate chimicamente e plastiche degradabili a base di amido foto-reticolate.
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Reticolazione chimica
La reticolazione chimica è la reazione di un agente reticolante contenente gruppi funzionali binari o multipli con i gruppi idrossilici sulle molecole di amido per formare gruppi come legami dietetici o gruppi diestere, reticolando così più molecole di amido per formare una rete spaziale La struttura quadrata del polimero.
Gli agenti reticolanti comunemente usati sono glutaraldeide, epicloridrina (ECH), trimetafosfato di sodio (STMP), acido citrico (CA) e acido malico. Anche le proprietà delle plastiche degradabili a base di amido preparate da diversi agenti reticolanti sono diverse.
Acido citrico
Il film reticolato di acido adipico ha le migliori proprietà di trasmissione della luce e barriera. Il film reticolato con acido borico ha la massima resistenza, mentre il film reticolato CA ha la migliore flessibilità; la micro-topografia mostra che i film reticolati con acido adipico e borace sono migliori dell'acido borico. Il film reticolato ha una struttura più uniforme ed è più adatto per la preparazione di film compositi amido / PHA.
Micrografia elettronica a scansione di ogni campione
Negli ultimi anni, con la forte promozione dei concetti di protezione ambientale," verde" Gli agenti reticolanti non tossici sono diventati sempre più popolari tra i ricercatori e sono diventati i principali agenti reticolanti per la reticolazione delle plastiche degradabili a base di amido.
Plastica degradabile a base di amido
A seconda del tempo di aggiunta dell'agente reticolante, la reticolazione chimica può essere suddivisa in:
Cross-linking (ovvero l'aggiunta di un agente reticolante per reagire durante lo stampaggio del polimero)
Post-reticolazione (ovvero, dopo che il materiale si è formato, la reticolazione avviene tra le molecole attraverso il metodo di immersione in soluzione dell'agente di reticolazione).
Se il grado richiesto di reticolazione non può essere raggiunto utilizzando il reticolazione, è possibile prendere in considerazione il post-reticolazione. La maggior parte delle reazioni di reticolazione vengono effettuate nel liquido della pasta di amido e la temperatura di reazione dovrebbe raggiungere la temperatura di gelatinizzazione dell'amido.
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Photocrosslinking
La fotoreticolazione è un metodo per aggiungere un fotosensibilizzatore al sistema dell'amido per decomporlo in radicali liberi sotto irradiazione con luce ultravioletta (UV) e utilizzare il fotosensibilizzatore per polimerizzare i gruppi idrossilici nell'amido per reticolare le molecole di amido. .
Durante la fotoreticolazione per preparare plastiche degradabili a base di amido, la dose di radiazioni e la concentrazione del fotosensibilizzatore sono i fattori più importanti che influenzano il grado di reticolazione del materiale.
Rispetto al metodo di reticolazione chimica, il metodo di reticolazione foto non richiede apparecchiature idrotermali e reagenti di reticolazione, è più sicuro e più rispettoso dell'ambiente ed è semplice da utilizzare e la reazione è facile da controllare. Può essere adattato alla produzione continua su larga scala di materiali ed è adatto per idrogel a base biologica. , Preparazione di materiali per la somministrazione di farmaci, ecc.
L'effetto della reticolazione sulle proprietà delle plastiche degradabili a base di amido
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Resistenza all'acqua
La resistenza all'acqua è una delle condizioni importanti per testare gli standard di applicazione dei materiali a membrana biodegradabili. Tuttavia, a causa della naturale idrofilia dell'amido, i materiali in film a base di amido di solito mostrano una maggiore idrofilia e una maggiore permeabilità. La modifica della reticolazione fa sì che l'amido abbia una struttura di rete tridimensionale strettamente connessa, queste reti possono prevenire efficacemente l'ingresso e la migrazione delle molecole d'acqua. L'assorbimento d'acqua, il rigonfiamento e la velocità di trasmissione del vapore acqueo (WVP) sono spesso utilizzati per caratterizzare la resistenza all'acqua dei materiali a base di amido.
Film a base di amido
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Comportamento meccanico
Nella produzione e nella vita quotidiana, i materiali delle pellicole da imballaggio devono avere una certa forza e flessibilità per mantenere la loro integrità durante la lavorazione. La reticolazione stabilisce connessioni intermolecolari e intramolecolari, allunga le catene molecolari dell'amido e migliora le interazioni intermolecolari, con conseguente aumento della resistenza alla trazione del materiale e diminuzione dell'allungamento a rottura.
In generale, l'aggiunta di una piccola quantità di agente reticolante può soddisfare i requisiti di prestazione del prodotto. Quando il grado di reticolazione è basso, la lunghezza delle molecole di amido disponibili per lo scorrimento aumenta. Con il continuo aumento del grado di reticolazione, vengono migliorate le interazioni intermolecolari e intramolecolari e viene aumentata la resistenza alla trazione, ma allo stesso tempo viene limitato anche lo slittamento intermolecolare, che porta ad una diminuzione dell'allungamento a rottura del materiale e mostra fragilità.
L'amido ha un'idrofilia estremamente forte. Se il contenuto di amido nel sistema è eccessivo, la forza intermolecolare sarà indebolita dopo che il materiale ha assorbito l'acqua, il che riduce notevolmente la resistenza alla trazione del materiale.
Oltre al grado di reticolazione e al contenuto di amido, l'umidità relativa ha anche un impatto maggiore sulle proprietà meccaniche delle plastiche degradabili a base di amido. Quando l'umidità relativa è del 40%, le proprietà meccaniche delle lastre a base di amido sono le migliori. Un'umidità relativa troppo bassa può rendere il materiale fragile e rompersi in pezzi quando viene stirato; quando l'umidità relativa è troppo alta, una grande quantità di molecole d'acqua entra nel foglio di plastica come plastificante e la resistenza alla trazione diminuisce.
Anche il tempo e la temperatura di indurimento sono fattori importanti che influenzano le sue proprietà meccaniche. Quando il contenuto di saccarosio ossidato è del 5% in peso, il contenuto di glicerolo è del 15% in peso, il tempo di indurimento è di 5 minuti e la temperatura di indurimento è di 180 ° C, le proprietà meccaniche del film di amido sono ottimali (la resistenza alla trazione è 23MPa, l'allungamento a rottura è 60%).
Quando il tempo di polimerizzazione è breve, la reticolazione non è sufficiente per formare una rete tra le molecole di amido e l'interazione intermolecolare è debole. Se il tempo di indurimento è troppo lungo, lo scheletro dell'amido verrà distrutto, il che porterà alla diminuzione della resistenza alla trazione e all'allungamento a rottura. Allo stesso tempo, la reticolazione richiede una temperatura di polimerizzazione sufficientemente elevata per garantire un'efficace rimozione delle molecole d'acqua dal sistema di reazione di reticolazione.
Materie prime plastiche a base di amido
La quantità di plastificante aggiunta non dovrebbe essere eccessiva. La permeabilità del film di amido aumenta con l'aumento della concentrazione del plastificante, ma quando la sua concentrazione supera il limite critico, si verificherà la separazione di fase. Inoltre, alcuni agenti reticolanti possono funzionare simultaneamente come agenti reticolanti e plastificanti in materiali in film a base di amido.
CA ha un tale effetto bidirezionale. Quando il contenuto di CA supera il 10% in peso, il CA in eccesso funge da plastificante, determinando una diminuzione della resistenza alla trazione e un aumento dell'allungamento a rottura. L'aumento del contenuto di CA nei compositi PVA / amido dal 5% in peso al 30% in peso non ha ridotto in modo significativo la resistenza alla trazione, ma l'allungamento a rottura è aumentato in modo significativo. L'effetto combinato di reticolazione e plastificazione porta a complessi cambiamenti delle prestazioni dei materiali a base di amido. Per questo tipo di agente reticolante, una quantità di aggiunta appropriata può migliorare le prestazioni delle materie plastiche degradabili a base di amido, e una quantità eccessiva agirà da plastificante, il che influenzerà negativamente le prestazioni del materiale.
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Degradabilità
La degradabilità è il più grande vantaggio dei materiali a base di amido. La biodegradazione dei materiali a base di amido è solitamente causata dall'attività biologica di funghi, batteri e altri microrganismi in condizioni naturali come il suolo o in determinate condizioni specifiche come le condizioni di compostaggio o in soluzioni acquose di coltura.
Il metodo di sepoltura del suolo utilizza microrganismi per erodere l'amido in esso contenuto e secernere enzimi, che riduce la forza del materiale. La plastica e il sale metallico nel terreno subiscono l'autoossidazione per generare perossidi, che favoriscono la rottura delle catene molecolari polimeriche e diventano sostanze a basso peso molecolare. , Che diventa H2O e CO2.
Degradazione del compost
Il metodo di compostaggio utilizza microrganismi per controllare la conversione della materia organica degradabile nei rifiuti solidi in humus, H2O e CO2 stabili in condizioni di ossigeno.
La reticolazione aumenta la forza di interazione intermolecolare e intramolecolare e riduce la velocità di degradazione del materiale. In circostanze normali, il grado di degradazione delle plastiche degradabili a base di amido è correlato positivamente al contenuto di amido e al tempo di seppellimento del suolo, e il tasso di degradazione è correlato positivamente al contenuto di amido, all'umidità ambientale, al grado di reticolazione e al contenuto di plastificante.
La profondità di sepoltura non ha alcun effetto evidente sul tasso di degrado della pellicola; il tasso di perdita di peso del film entro 15 giorni è del 48,70%, che ha una perfetta biodegradabilità.
La quantità di CO2 rilasciata nel sistema di compostaggio del suolo caratterizza la degradabilità delle bioplastiche di amido d'orzo ad alto contenuto di amilosio reticolate con CA. Il tasso di degradazione della plastica è relativamente alto entro 20 giorni e diminuisce notevolmente dopo 20 giorni. Dopo 100 giorni, il tasso di degradazione è lo stesso del tasso di riferimento del suolo e il materiale è completamente degradato. Allo stesso tempo, è stato riscontrato che il tasso di degradazione delle plastiche degradabili a base di amido reticolato era molto più lento di quello dei granuli di amido.
La buccia d'orzo modificata migliora la degradazione del film composito reticolato PVA / amido nell'ambiente naturale del suolo. I risultati di questo studio mostrano che il tasso di perdita di peso del film di PVA reticolato / amido reticolato è inferiore a quello del film di PVA / amido. Il film composito di buccia d'orzo naturale / PVA / amido reticolato ha il più alto tasso di degradazione e il tasso di perdita di peso dopo 120 giorni è del 33%, perché la presenza di buccia d'orzo naturale nel materiale composito può assorbire più acqua.
Metodo di modifica della plastica degradabile a base di amido reticolato
A causa della struttura di rete tridimensionale compatta formata dalla reticolazione, le prestazioni delle plastiche degradabili a base di amido reticolate sono state migliorate in una certa misura, ma non raggiungono ancora gli standard delle plastiche generali. Pertanto, è necessario modificarlo ulteriormente, inclusa la miscelazione con altri materiali polimerici, il miglioramento dei nanomateriali, la modifica multipla, il rivestimento idrofobico, ecc.
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Modifica della miscelazione di polimeri naturali
Il glucomannano con una struttura a rete può inibire la sedimentazione dell'amido ed è utile per migliorare la compatibilità del sistema di miscelazione. Quindi una quantità appropriata di PVA viene aggiunta al sistema per miscelare. Il PVA fornisce al film una migliore resistenza all'acqua e proprietà meccaniche, ma la compatibilità del sistema diventa scarsa.
La transglutaminasi è stata aggiunta alla miscela di amido di sago / gelatina di pesce plastificata con glicerolo ed è stata preparata una pellicola a base di amido flessibile e resistente all'acqua reticolando l'enzima con gruppi amminici nella proteina. Il WVP del film modificato diminuisce, l'allungamento a rottura aumenta e la resistenza alla trazione diminuisce.
Glutaraldeide
Utilizzando glutaraldeide come agente reticolante, è stato preparato un film reticolato composito patata / CS con una migliore resistenza all'acqua mediante il metodo di colata. Allo stesso tempo, CS ha conferito al film proprietà antibatteriche uniche, rendendolo disponibile nel campo della biomedicina o della conservazione degli alimenti. ampiamente utilizzata.
Rispetto ai film a base di amido puro, le proprietà dei film a base di amido che vengono miscelati e reticolati con altri biopolimeri sono migliorati. Allo stesso tempo, altri biomateriali possono anche apportare alcune proprietà aggiuntive ai film a base di amido. Questo metodo è quello di preparare la nuova tendenza di nuovi materiali per membrane a base di amido.
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Modifica della miscelazione del poliestere degradabile
La miscelazione di amido con poliestere degradabile, con l'aiuto delle eccellenti proprietà meccaniche e di resistenza all'acqua del poliestere&# 39, può compensare efficacemente la mancanza di pellicola di amido in termini di prestazioni. Per i sistemi di miscelazione, la compatibilità di più sostanze è un fattore importante che influenza le proprietà meccaniche dei materiali.
ECH e glicerina vengono utilizzati per modificare l'amido, quindi l'amido modificato viene miscelato con PLA e il film viene preparato mediante un processo di pressatura a caldo. I gruppi idrossilici sulle molecole di amido sono reticolati dalle molecole ECH per formare gruppi eterei, cambiando così l'idrofilia dell'amido. La modifica della reticolazione e della plastificazione dell'amido migliora la sua compatibilità con il PLA e migliora le sue proprietà meccaniche.
Quando il rapporto contenuto amido / PVA / CA è 3: 3: 0,08, il film di miscela ha le migliori prestazioni complessive; l'assorbimento d'acqua del film di miscela è 54,31 volte il suo peso e la resistenza meccanica alla trazione è 46,45 MPa.
Grazie all'aggiunta di PVA, il film ha una forte attività antibatterica contro i batteri patogeni di origine alimentare Listeria ed Escherichia coli.
I risultati dei test sulle confezioni di fichi freschi mostrano che il film composito ternario drogato con CA ha permeabilità al vapore acqueo, può prevenire efficacemente la putrefazione della frutta e l'appannamento della superficie e ha un'elevata ritenzione idrica e resistenza all'acqua.
Il film ha un grande potenziale nel film per imballaggio anti-appannamento e nelle applicazioni di imballaggio alimentare attivo per il confezionamento di prodotti agricoli freschi ad alta permeabilità.
Un film composito di PVA / amido reticolato CA che può essere applicato alle medicazioni delle ferite è stato preparato mediante il metodo di fusione. Rispetto a pellicole di plastica simili per l'imballaggio, il film composito PVA / amido preparato ha una maggiore flessibilità, un modulo elastico inferiore, una maggiore solubilità e indice di rigonfiamento ed eccellente velocità di degradazione in vitro e proprietà antibatteriche, È un eccellente materiale per la medicazione delle ferite.
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Modifica rinforzata con nano filler
Oltre al poliestere degradabile, la cellulosa e le nanoparticelle sono anche riempitivi comunemente utilizzati negli ultimi anni per studiare le proprietà meccaniche delle plastiche degradabili a base di amido.
Le nanofibre di cellulosa (CNF) e i nanocristalli di cellulosa (CNC) hanno un effetto rinforzante migliore sulla pellicola di amido e i CNF hanno effetti di rinforzo migliori rispetto ai CNC. Ciò è dovuto principalmente al fatto che sia la cellulosa che l'amido sono polisaccaridi e che i due hanno strutture simili e forti legami idrogeno si formano facilmente tra i gruppi idrossilici, con conseguente adesione interfacciale estremamente forte.
Nanofibra di cellulosa
I CNC hanno una morfologia aghiforme con elevata cristallinità; mentre i CNF hanno una struttura di rete con un rapporto di aspetto più ampio, un grado più elevato di entanglement con l'amido e maggiori interazioni intermolecolari. Questa forte interfaccia migliora le proprietà meccaniche dei materiali in film a base di amido.
L'amido di mais ceroso è stato miscelato con micro / nano cellulosa (MFC) e sono stati preparati compositi a base di amido reticolato con acido 1,2,3,4-butanetetracarbossilico mediante metodo di colata.
Film reticolato con contenuto di MFC del 15% in peso senza l'utilizzo di alcun plastificante
Offriamo film completamente biodegradabile brevettato e sacchetto in PVA, tutti i prodotti sono realizzati da apparecchiature di colata, è diverso dai tradizionali prodotti di soffiaggio, tutti i prodotti di soffiaggio non sono completamente biodegradabili. Possiamo produrre pellicole e sacchetti in pva completamente trasparenti e vari colori. e il film in PVA è più liscio rispetto ai tradizionali prodotti per soffiaggio.
Offriamo anche film e sacchetti completamente biodegradabili in materiale organico con materia prima e processo di produzione brevettati.
Per ulteriori prodotti in film e sacchetti in PVA, visitate il sito:
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