پلاستیک های تخریب پذیر

تفسیر پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته: پیوند متقابل و اصلاح

مقدمه: نشاسته يک ترکيب پلیمری طبيعی و تجديدپذير است. به دلیل فراوانی، در دسترس بودن آسان و قیمت پایین، نشاسته به طور گسترده ای در تحقیقات پلاستیک های تخریب پذیر مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر پلاستیک های زیست تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته حدود ۵۰٪ از پلاستیک های زیست تخریب پذیر تجاری موجود را به خود جای داده اند و در فیلم های بسته بندی مواد غذایی، فیلم های مالچ کشاورزی، جعبه های ناهار پلاستیکی کف دار، و داربست های مهندسی بافت استخوان پزشکی ۴۱ مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال، به دلیل ساختار مولکولی نشاسته، قابلیت پردازش نشاسته خود ضعیف است. در مقایسه با پلاستیک های سنتی، خواص مکانیکی و خواص مانع پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته تا حد زیادی کاهش می یابد، و نمی توان آن ها را بیشتر به صورت تجاری ترویج کرد. بنابراین اصلاح فیزیکی یا شیمیایی نشاسته بسیار مهم است. اتصال متقابل یکی از روش های اصلی اصلاح نشاسته است. ساختار شبکه سه بعدی محکم متصل تشکیل شده توسط اتصال متقابل، تعامل بین مولکولی را افزایش می دهد و در نتیجه یک ماده تخریب پذیر با مقاومت گرمایی خوب، مقاومت در برابر آب، قدرت و انعطاف پذیری بالا به دست می آورد.

تصویر

روش اتصال متقابل پلاستیک تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته

پیوند متقابل فرایند پیوند زنجیره های پلیمری خطی یا شاخه دار به یک پلیمر شبکه ای با تشکیل پیوندهای کووالی است. با توجه به روش های مختلف اتصال متقابل، پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته مرتبط متقابل را می توان به پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته مرتبط شیمیایی و پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته مرتبط با عکس تقسیم کرد.

1

کراس لینک شیمیایی

پیوند متقابل شیمیایی واکنش یک عامل پیوند متقابل حاوی گروه های تابعی دودویی یا چندگانه با گروه های هیدروکسیل بر روی مولکول نشاسته برای تشکیل گروه هایی مانند پیوندهای دیتر یا گروه های دیستر است و در نتیجه مولکول های متعدد نشاسته ای را به هم پیوند می دهند تا یک روش پلیمری ساختار مانند شبکه فضایی را تشکیل دهند. معمولا استفاده می شود عوامل crosslinking گلوتارالدهید، اپیکلروهیدرین (ECH)، سدیم تریماتافسفات (STMP)، اسید سیتریک (CA) و اسید مالیک است. خواص پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته که با عوامل مختلف متقاطع تهیه می شوند نیز متفاوت است.

در سال های اخیر، با ترویج شدید مفاهیم حفاظت از محیط زیست، عوامل متقابل غیر سمی "سبز" نوع CA در میان محققان بیشتر و محبوب تر شده اند و به عوامل اصلی متقاطع برای پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته متقابل تبدیل شده اند. با توجه به زمانی که عامل متقاطع اضافه می شود، اتصال متقابل شیمیایی را می توان به اتصال متقابل تقسیم کرد (که عامل اتصال متقابل اضافه می شود تا در طول فرایند قالب گیری پلیمر واکنش نشان دهد) و پس از اتصال متقابل (که پس از تشکیل ماده، آغشته به محلول عامل اتصال متقابل) روش باعث پیوند متقابل بین مولکول ها می شود).

2

Photocrosslinking

فتوکراسلینک روشی برای اضافه کردن یک دستگاه فتوسنتز کننده به سیستم نشاسته برای تجزیه آن به رادیکال های آزاد تحت تابش نور فرابنفش (UV) است، و از دستگاه فتوسنتز کننده برای پلیمریزه کردن گروه های هیدروکسیل در نشاسته برای پیوند متقابل مولکول های نشاسته استفاده می کند. . هنگامی که photocrosslinking برای آماده سازی پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته، دوز تابش و غلظت photosensitizer مهم ترین عوامل موثر بر درجه crosslinking مواد هستند. در مقایسه با روش اتصال متقابل شیمیایی، روش اتصال متقابل عکس نیاز به تجهیزات هیدروترمال و واکنشگرهای اتصال متقابل ندارد، امن تر و سازگار با محیط زیست تر است، و ساده است به کار، و واکنش آسان برای کنترل است. می توان آن را با تولید مداوم در مقیاس بزرگ مواد سازگار کرد و برای هیدروژل های مبتنی بر زیستی مناسب است. ، تهیه مواد تحویل دارو و غیره.

اثر اتصال متقابل بر خواص پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته

1

مقاومت در برابر آب

مقاومت در برابر آب یکی از شرایط مهم برای آزمایش استانداردهای کاربرد مواد غشایی تخریب پذیر مبتنی بر زیستی است. با این حال، با توجه به هیدروفیلی طبیعی نشاسته، مواد فیلم مبتنی بر نشاسته به طور کلی هیدروفیلی قوی تر و تغییر پذیری بالاتر از خود نشان می دهند. اصلاح اتصال متقابل باعث می شود نشاسته یک ساختار شبکه سه بعدی محکم متصل داشته باشد که می تواند به طور مؤثری از ورود و مهاجرت مولکول های آب جلوگیری کند. جذب آب، تورم و نرخ انتقال بخار آب (WVP) اغلب برای مشخص کردن مقاومت آب مواد مبتنی بر نشاسته استفاده می شود.

2

رفتار مکانیکی

در تولید و زندگی روزانه، بسته بندی مواد فیلم نیاز به قدرت و انعطاف پذیری خاصی برای حفظ یکپارچگی خود را در طول پردازش. اتصال متقابل اتصالات بین مولکولی و درون مولکولی را برقرار می کند، زنجیره های مولکولی نشاسته را طولانی تر می کند، برهم کنش های بین مولکولی را افزایش می دهد، و منجر به افزایش استحکام کششی ماده و کاهش کشیده شدن در زمان استراحت می شود. به طور کلی، اضافه کردن مقدار کمی از عامل crosslinking می تواند الزامات عملکرد محصول را برآورده کند. هنگامی که درجه اتصال متقابل کم باشد، طول مولکول های نشاسته موجود برای لغزش افزایش می یابد. با افزایش مداوم درجه متقاطع، برهم کنش های بین مولکولی و درون مولکولی افزایش می یابد، و استحکام کششی افزایش می یابد، اما در عین حال لغزش بین مولکولی نیز محدود می شود که منجر به کاهش کشیده شدن در شکستن ماده و شکننده بودن می شود. نشاسته هیدروفیلی قوی دارد. اگر نشاسته بیش از حد در سیستم وجود داشته باشد، نیروی بین مولکولی پس از جذب مواد آب ضعیف خواهد شد که این کار استحکام کششی ماده را تا حد زیادی کاهش می دهد. علاوه بر درجه کراس لینکینگ و محتوای نشاسته، RH نیز تأثیر بیشتری بر خواص مکانیکی پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته دارد. هنگامی که RH ۴۰٪ باشد، خواص مکانیکی ورق مبتنی بر نشاسته بهترین هستند. RH بیش از حد کم ممکن است مواد شکننده و شکستن به قطعات زمانی که کشیده; هنگامی که RH بیش از حد بالا است، مقدار زیادی از مولکول های آب به عنوان یک پلاستیک ساز وارد ورق پلاستیکی می شوند، و استحکام کششی کاهش می یابد. زمان درمان و دمای درمان نیز عوامل مهمی هستند که بر خواص مکانیکی آن تأثیر می گذارد.

3

تخریب پذیری

تخریب پذیری بزرگترین مزیت مواد مبتنی بر نشاسته است. تخریب زیستی مواد مبتنی بر نشاسته معمولاً ناشی از فعالیت های بیولوژیکی قارچ ها، باکتری ها و دیگر میکروارگانیسم ها در شرایط طبیعی مانند خاک، یا تحت شرایط خاص خاصی مانند شرایط کمپوست یا در محلول های کشت آبی است. روش دفن خاک از میکروارگانیسم ها برای فرسایش نشاسته در آن و ترشح آنزیم ها استفاده می کند که این امر باعث کاهش قدرت مواد می شود. پلاستیک و نمک فلزی در خاک برای تولید پراکسیدها تحت اکسیداسیون خودکار قرار می گیرند که پارگی زنجیره های مولکولی پلیمری را ترویج می کند و به مواد مولکولی پایین تبدیل می شود. , که تبدیل به H2O و CO2 می شود. روش کمپوست از میکروارگانیسم ها برای کنترل تبدیل مواد آلی تخریب پذیر در زباله های جامد به هوموس پایدار، H2O و CO2 در شرایط اکسیژن استفاده می کند. اتصال متقابل نیروی برهم کنش بین مولکولی و درون مولکولی را افزایش می دهد و سرعت تخریب ماده را کاهش می دهد. در شرایط عادی، درجه تخریب پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته با محتوای نشاسته و زمان دفن خاک همبستگی مثبت دارد و میزان تخریب با محتوای نشاسته، رطوبت محیطی، درجه پیوند متقابل، و محتوای پلاستیک ساز همبستگی مثبت دارد.

روش اصلاح پلاستیک تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته با هم

با توجه به ساختار شبکه جمع و جور سه بعدی تشکیل شده توسط اتصال متقابل، عملکرد پلاستیک های تجزیه پذیر مبتنی بر نشاسته متقابل تا حدودی بهبود یافته است، اما هنوز استانداردهای پلاستیک های عمومی را برآورده نمی کند. بنابراین، لازم است که آن را اصلاح بیشتر، از جمله ترکیب با مواد پلیمری دیگر، افزایش نانو مواد، اصلاح چندگانه، پوشش هیدروفوبی و غیره.

1

اصلاح ترکیب پلیمر طبیعی

Geng Shengrong و دیگران با استفاده از STMP برای اتصال متقابل سیستم مخلوط نشاسته و konjac پودر پرواز، و آماده یک فیلم مخلوط تخریب پذیر با مقاومت در برابر آب خوب و خواص مکانیکی از طریق روش شکل گیری فیلم ریخته گری. نتایج این مطالعه نشان می دهد که گلوکومنان با ساختار شبکه ای می تواند مانع از اسکان نشاسته شود و برای بهبود سازگاری سیستم مخلوط مفید است. سپس مقدار مناسبی از PVA به سیستم اضافه می شود تا مخلوط شود. PVA مقاومت در برابر آب و خواص مکانیکی بهتری را در اختیار فیلم قرار می دهد، اما سازگاری سیستم ضعیف می شود. لی و همکارانش از گلوتارالدهید به عنوان عامل پیوند متقابل برای آماده سازی یک فیلم متقاطع کامپوزیت سیب زمینی/CS با مقاومت بهتر آب به روش ریخته گری استفاده کردند. در عین حال CS خواص ضد باکتری منحصر به فردی به فیلم داد و آن را قادر ساخت تا در زیست پزشکی یا حفظ مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد. این میدان به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. در مقایسه با فیلم های خالص مبتنی بر نشاسته، خواص فیلم های مبتنی بر نشاسته که با دیگر بیوپوlyمرها مخلوط و متقابل مرتبط هستند، بهبود می یافته است. در عین حال، مواد زیستی دیگر نیز می توانند برخی خواص اضافی را برای فیلم های مبتنی بر نشاسته به ارمغان بیاورد. این روش آماده سازی روند جدید مواد غشایی جدید مبتنی بر نشاسته است.

2

ترکیب اصلاح پلی استر تخریب پذیر

ترکیب نشاسته با پلی استر تخریب پذیر، با کمک خواص مکانیکی عالی پلی استر و مقاومت در برابر آب، می تواند به طور مؤثری عدم عملکرد فیلم های نشاسته ای را تشکیل دهد. برای ترکیب سیستم ها، سازگاری مواد متعدد عامل مهمی است که بر خواص مکانیکی مواد تأثیر می گذارد. ECH و گلیسیرین برای اصلاح نشاسته استفاده می شود، و سپس نشاسته اصلاح شده با PLA مخلوط می شود، و فیلم را می توان از طریق فرایند پرس داغ آماده کرد. گروه های هیدروکسیل روی مولکول های نشاسته توسط مولکول های ECH به هم مرتبط می شوند تا گروه های اتر را تشکیل دهند و در نتیجه هیدروفیلیته نشاسته را تغییر می دهند. نتایج نشان می دهد که اصلاح اتصال متقابل و پلاستیک سازی نشاسته سازگاری آن با PLA را بهبود می بخشد و خواص مکانیکی آن را افزایش می دهد. یک فیلم مخلوط ترنری را می توان با نسبت های مختلف نشاسته/PVA/CA آماده کرد.

3

نانو پر کننده تقویت اصلاح

علاوه بر پلی استرهای تخریب پذیر، سلولز و نانوذرات نیز پرکننده هایی هستند که معمولاً در سال های اخیر برای مطالعه خواص مکانیکی پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته استفاده می شوند. مطالعات بالاکریشنان و همکارانش نشان داده اند که نانوفیبرهای سلولز (CNFs) و نانوکریستال های سلولز (CNCs) تأثیر تقویت بهتری بر غشای نشاسته دارند و CNFs اثرات تقویتی بهتری نسبت به CNCs دارد. این موضوع عمدتاً به این دلیل است که سلولز و نشاسته هر دو پلی ساکرید هستند و این دو ساختار مشابهی دارند و پیوندهای هیدروژنی قوی به راحتی بین گروه های هیدروکسیل تشکیل می شوند و در نتیجه چسبش بین صورت بسیار قوی ایجاد می شوند. CNCs دارای ریفولوژی سوزن مانند با کریستالیته بالا; در حالی که CNFs دارای یک ساختار شبکه با نسبت جنبه بزرگ، درجه بالایی از درهم تنیدگی با نشاسته، و تعامل بیشتر بین مولکول ها است. خواص مکانیکی مواد فیلم مبتنی بر نشاسته را بهبود می بخشد.

4

اصلاح پوشش هیدروفوبی

برای بهبود مقاومت آب فیلم مبتنی بر نشاسته، می توان آن را نیز تحت درمان سطحی قرار داد، مانند پوشش با پوشش آب هراسی. خیس کردن فیلم گلوتن گندم آماده و سینی نشاسته کف در محلول تری استات دی کلرومتان. ولتیلیزاسیون آهسته حلال یک فیلم پوششی بر روی سطح ماده تشکیل خواهد داد. پوشش نشاسته سه ستاره ای تا حد زیادی مقاومت در برابر آب مواد را افزایش می دهد. در هنگام استفاده از PLA به عنوان یک ماده اولیه برای پوشش فوم مبتنی بر نشاسته، اگرچه پوشش PLA سازگاری ضعیفی با فوم دارد، اما هنوز تراکم، قدرت کششی و قدرت ضربه فوم را بهبود می بخشد.

5

اصلاح شیمیایی چندگانه

عملکرد مواد فیلم مبتنی بر نشاسته که به طور جامع با استفاده از روش های اصلاح چندگانه تهیه شده اند، بهتر از یک فیلم نشاسته اصلاح شده تک پیوندی است. اصلاحات شیمیایی متعدد روند جریان اصلی برای بهبود عملکرد فیلم های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته است. هنگامی که فیلم نشاسته اکسیده پیوند متقابل (فیلم C-OS) و فیلم نشاسته پیوند متقابل اکسید شده (فیلم O-CS) به ترتیب با پراکسید هیدروژن و اسید بوریک آماده می شوند، فیلم O-CS به دلیل تخریب جزئی مولکول های نشاسته به دلیل اولین اکسیداسیون مزایای بیشتری دارد. هیدروفیلیته بالا فیلم را انعطاف پذیرتر می کند؛ C_OS به دلیل اولین متقاطع شدن درجه کراس لینک بالاتری دارد و فیلم مقاومت و قدرت آب بهتری دارد. نشاسته اصلاح شده پلیول کامپوزیت هیدروفوبیک و لیپوفیلی با انجام پی در پی اتصال متقابل STMP، درمان سطح عامل کوپلینگ آلومینیوم و پلاستیک سازی پلاستیک ساز مرکب بر روی نشاسته ذرت آماده شد، و سپس ترکیب آن با PCL و باریک کردن آن به فیلم، آب هراسی فیلم را می توان تا حد زیادی بهبود بخشید. سوخيجا و همکارانش از STMP به عنوان عامل اتصال متقابل و هيپوکلريت سديم به عنوان اکسيدانت برای آماده سازی نشاسته ريشه لوتوس دو اصلاح شده اکسيد شده متقابل استفاده کردند، آن را با پروتئين آبشش متمرکز، گليسيرين، و بدنه های پلانتاين مخلوط کردند و آن را با روش ريختگی آماده کردند. فیلم مبتنی بر نشاسته به دست می آید، و پایداری حرارتی، خواص مکانیکی و مقاومت در برابر آب فیلم تا حد زیادی بهبود یافته است. اصلاح چندگانه نه تنها عملکرد ماده را بهبود می بخشد، بلکه هزینه تولید مواد مبتنی بر نشاسته را نیز افزایش می دهد. بنابراین انتخاب روش های اصلاح کمتر برای به دست آوردن عملکرد بهتر، تمرکز تحقیقات آینده بر روی پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته است.

جهت توسعه آینده پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته

استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته که به هم مرتبط هستند، یکی از روش های مهم برای کاهش مشکل آلودگی «سفید» است. با این حال، پس از سال ها تحقیق و توسعه، مواد هنوز تولید انبوه و کاربردی نشده است که عمدتاً به دلیل هزینه و عملکرد آن است. پلاستیک تخریب پذیر کاملاً مرتبط با نشاسته دارای خواص تخریب عالی است، اما رسیدن به استانداردهای پلاستیک های عمومی خواص مکانیکی و مقاومت در برابر آب آن دشوار است. به منظور به دست آوردن پلاستیک های کاملاً تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته که الزامات استفاده را برآورده می کنند، اصلاح ساده اتصال متقابل نشاسته به دور از اندازه کافی است. آن را باید از طریق استفاده جامع از روش های اصلاح پیچیده و یا ترکیب با پلی استر به دست آورد. هزینه های بالا در نتیجه به ناچار مانع ترویج تجاری مواد خواهد شد. در حال حاضر قیمت پلاستیک های کاملاً تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته که در بازار تولید می شوند، ۴ تا ۱۰ برابر پلاستیک های با هدف عمومی است. آن ها عمدتاً در برون سپاری و بسته بندی برخی لوازم آرایشی با انتهای بالا و برخی لوازم پزشکی (مانند سوتورهای جراحی و کپسول های آزاد سازی دارو) مورد استفاده قرار می گیرند. ).

با این حال، نشاسته یکی از رقابتی ترین مواد اولیه برای پلاستیک های مبتنی بر زیستی است، و چشم انداز کاربرد گسترده ای در استراتژی های توسعه پایدار دارد. در حال حاضر پلاستیک های مخلوط پلی استر تخریب پذیر نشاسته بالغ ترین و کاملاً تخریب پذیرترین محصولات در بازار هستند. در آینده محققان باید خود را وقف توسعه پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته کم هزینه و با کارایی بالا کنند. عمدتاً جهت های پژوهشی زیر وجود دارد:

۱- روش های اصلاح ایمن و سازگار با محیط زیست باید در فرایند اصلاح مورد استفاده قرار گیرند و از افزودنی های سبز و بدون آلودگی تا حد امکان برای تسهیل تخریب یا کمپوست آن ها استفاده شود.

2. برای مخلوط نشاسته مبتنی بر پلاستیک های تخریب پذیر، مقدار نشاسته استفاده می شود باید تا آنجا که ممکن است در فرض برآورده کردن الزامات عملکرد برای کاهش هزینه تولید مواد افزایش یافته است؛ در همان زمان، مخلوط باید سازگاری خوبی برای به دست آوردن خواص مکانیکی عالی داشته باشد.

3. معرفی مواد جدید برای دادن نشاسته مبتنی بر پلاستیک های تخریب پذیر خواص چند منظوره، مانند اضافه کردن کیتوسان، PVA، و غیره به مواد نشاسته خواص ضد باکتری، اضافه کردن روزین، و غیره به مواد مبتنی بر نشاسته خواص ضد فرابنفش، به طوری که به گسترش استفاده از نشاسته مبتنی بر بازار پلاستیک تخریب پذیر است.

۴- توسعه فرایندهای جدید برای کاهش مصرف انرژی تولید مواد، مانند استفاده از روش های بهبود یافته قالب گیری، روش های قالب گیری ضربه اکستروژن و غیره به جای روش های ریخته گری فیلم برای ترویج تولید انبوه مداوم تجاری پلاستیک های تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته.

ما ارائه ثبت اختراع فیلم کامل زیست تخریب پذیر و کیسه PVA، تمام محصولات توسط تجهیزات ریخته گری ساخته شده است، آن را با محصولات قالب گیری ضربه سنتی متفاوت است، تمام محصولات قالب گیری ضربه غیر زیست تخریب پذیر کامل است. ما می توانیم فیلم ها و کیسه های pva را با رنگ های شفاف و مختلف کامل تولید کنیم. و فیلم PVA صاف تر از محصولات قالب سازی ضربه سنتی است.

ما همچنین ارائه مواد آلی فیلم کامل زیست تخریب پذیر و کیسه با مواد اولیه ثبت شده و فرایند تولید.

برای بیشتر PVA فیلم و کیسه محصولات لطفا به ما مراجعه کنید:

http://www.joyful-printing.net/pva-bag/

http://www.joyful-printing.com/pva-bag/