هل أنت حريص على أحدث تقنية التعديل البلاستيك القابلة للتحلل المستندة إلى النشا؟
منذ الثلاثينات والأربعينات من القرن العشرين، أصبح البلاستيك رابع نوع رئيسي جديد من المواد الأساسية بعد الصلب والخشب والأسمنت بسبب مزاياه من الوزن الخفيف، وانخفاض التكلفة واللدونة القوية. يتم التخلص من المنتجات البلاستيكية العامة الغرض بكميات كبيرة ، وتسبب "التلوث الأبيض" الناتج عن ذلك في ضغط هائل على البيئة البيئية. وفي الوقت نفسه، سيتم في نهاية المطاف استنفاد النفط بوصفه موردا غير متجدد.
ولذلك، أصدرت البلدان في جميع أنحاء العالم في السنوات الأخيرة تباعا "أوامر الحد من البلاستيك" لتشجيع الممارسين والمستهلكين على استخدام البلاستيك الأخضر وصديقة للبيئة القابلة للتحلل من خلال الحظر الشامل، والاتفاقات الطوعية وغيرها من الأساليب.
أنواع البلاستيك القابل للتحلل
بولي كابرولكتون (PCL)
حمض بوليلاكتيك (PLA)
مادة البولي فينيل Alcohol (PVA)، البوليهيدروكسي
ألكيل إستر (PHA)
النشا
السليلوز
الصوديوم الجينات (SA)
شيتوسان (CS)
البلاستيك القائم على البروتين الحيوي
النشا هو مركب بوليمر طبيعي ومتجدد. بسبب وفرة، وسهولة التوافر وانخفاض الأسعار، ويفضل من البلاستيك القابل للتحلل.
في الوقت الحاضر، يمثل البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا حوالي 50٪ من البلاستيك القابل للتحلل التجاري الحالي، وتستخدم على نطاق واسع في أفلام تغليف الطعام، والأفلام الزراعية المهاد، وصناديق الغداء البلاستيكية الرغوية، وسقالات هندسة الأنسجة العظمية الطبية.
ومع ذلك، بالمقارنة مع البلاستيك التقليدي، يتم تقليل الخصائص الميكانيكية والخصائص الحاجز للبلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا إلى حد كبير، ولا يمكن تعزيزها بشكل تجاري. ولذلك ، فإن التعديل المادي أو الكيميائي للنشا مهم للغاية.
الربط المتبادل هو واحد من الطرق الرئيسية لتعديل النشا. بنية شبكة ثلاثية الأبعاد متصلة بإحكام التي شكلتها عبر ربط يعزز التفاعل بين الجزيئات، وبالتالي الحصول على مادة قابلة للتحلل مع مقاومة الحرارة جيدة، ومقاومة للماء، وقوة عالية والمرونة.
هيكل وخصائص النشا
النشا هو الكربوهيدرات البوليمر التي شكلتها الجفاف والبلمرة من جزيئات الجلوكوز متعددة.
النشا موجود على نطاق واسع في الجذور والدرنات والفواكه والأوراق من النباتات العليا في شكل حبيبات. في الوقت الحاضر ، والمحاصيل الرئيسية التي تنتج النشا هي القمح والذرة والبطاطس.
يتكون النشا بشكل رئيسي من الإيميلوس والأميلوليكتين:
Amylose هو غاية البلورية ويمكن أن تذوب في الماء الساخن دون أن تصبح عجينة.
الأميلوبكين غير قابل للذوبان في الماء البارد، ولكن يتضخم في عجينة مع الماء الساخن.
مصادر مختلفة من النشا لها محتوى مكون مختلف وخصائص مختلفة. مقارنة شاملة من خصائص متعددة، والنشا البطاطا لديها أفضل المضادة للتدهور والشفافية، وأفضل مقاومة العفن، والخواص الميكانيكية ومقاومة للماء، وأنسب لإعداد المواد الغشاء.
(أ) أميلوس (ب) أميللوبكين
مقارنة تكوين وخصائص النشويات من مصادر مختلفة
طريقة الربط المتبادل للبلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا
الربط المتبادل هو عملية يتم فيها ربط سلاسل البوليمرات الخطية أو المتفرعة عن طريق روابط تساهم لتشكيل شبكة أو بوليمر السائبة. وفقًا لأساليب الربط المتقاطعة المختلفة ، يمكن تقسيم البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا المرتبط عبريًا إلى بلاستيك قابل للتحلل قائم على النشا مرتبط كيميائيًا و بلاستيك قابل للتحلل قائم على النشا مرتبط بـ صور.
01
الربط المتبادل الكيميائي
الكيميائية عبر الربط هو رد فعل من عامل عبر ربط التي تحتوي على مجموعات ثنائية أو متعددة وظيفية مع مجموعات الهيدروكسيل على جزيئات النشا لتشكيل مجموعات مثل السندات diether أو مجموعات diester ، وبالتالي عبر ربط جزيئات النشا متعددة لتشكيل شبكة مكانية الهيكل المربع للبوليمر.
وكلاء التشابك المستخدمة شيوعا هي الجلوتارالديهيد، epichlorohydrin (ECH)، trimetaphosphate الصوديوم (STMP)، حمض الستريك (CA) وحمض الماليك. خصائص البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا التي أعدتها مختلف وكلاء crosslinking هي أيضا مختلفة.
حامض الستريك
حمض الأديبيك عبر ربط الفيلم لديه أفضل انتقال الضوء والخصائص الحاجز. حمض البوريك عبر ربط الفيلم لديه أعلى قوة، في حين أن CA عبر ربط الفيلم لديه أفضل مرونة. تضاريس صغيرة تبين أن حمض الأديبيكس والأفلام عبر ربط البوراكس هي أفضل من حمض البوريك الفيلم عبر المرتبطة لديها بنية أكثر اتساقا وأكثر ملاءمة لإعداد النشا / PHA الأفلام المركبة.
مسح ميكروجراف الإلكترون من كل عينة
في السنوات الأخيرة ، مع تعزيز قوي لمفاهيم حماية البيئة ، CA من نوع "الخضراء" وكلاء عبر الربط غير السامة أصبحت أكثر وأكثر شعبية بين الباحثين وأصبحت العوامل الرئيسية عبر الربط لل بلاستيك متحللة على أساس النشا.
البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا
وفقا لوقت إضافة عامل الربط المتبادل، يمكن تقسيم الربط عبر الكيميائية إلى:
عبر الربط (وهذا هو ، إضافة وكيل عبر ربط للرد أثناء صب البوليمر)
بعد crosslinking (أي، بعد أن يتم تشكيل المواد، عبر الربط يحدث بين الجزيئات من خلال طريقة عامل ربط عبر غمس الحل).
وإذا تعذر تحقيق الدرجة المطلوبة من الربط المتبادل باستخدام الربط المتبادل، يمكن النظر في ما بعد الربط المتبادل. تتم معظم التفاعلات عبر الربط في السائل لصق النشا، ودرجة حرارة التفاعل يجب أن تصل إلى درجة حرارة الجيلاتينية من النشا.
02
الربط الضوئي
Photocrosslinking هو وسيلة لإضافة الضوئيات إلى نظام النشا لتتحلل إلى الجذور الحرة تحت الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الإشعاع، واستخدام الضوئيات لبليمرة مجموعات الهيدروكسيل في النشا لتقاطع جزيئات النشا. .
عندما photocrosslinking لإعداد البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا، جرعة الإشعاع وتركيز الناسيساتئياتات هي أهم العوامل التي تؤثر على درجة الربط المتبادل للمادة.
بالمقارنة مع طريقة الربط عبر الكيميائية، طريقة ربط الصور لا تتطلب معدات هيدروحرارية والكواشف عبر الربط، أكثر أمانا وأكثر ملاءمة للبيئة، وبسيطة للعمل، والتفاعل من السهل السيطرة عليها. ويمكن تكييفها مع الإنتاج المستمر على نطاق واسع من المواد ومناسبة للهيدروجيلات القائمة على البيولوجيا. إعداد مواد توصيل المخدرات، الخ.
تأثير الربط المتبادل على خصائص البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا
01
مقاومة للماء
مقاومة المياه هي واحدة من الشروط الهامة لاختبار معايير تطبيق المواد الغشاء القابل للتحلل القائم على أساس حيوي. ومع ذلك ، بسبب الهيدروفيليكية الطبيعية من النشا ، والمواد الفيلم القائم على النشا عادة ما تظهر أقوى hydrophilicity ونفاذية أعلى. التعديل عبر ربط يجعل النشا لديها هيكل شبكة ثلاثية الأبعاد متصلة بإحكام، وهذه الشبكات يمكن أن تمنع بشكل فعال دخول وهجرة جزيئات الماء. غالباً ما تستخدم امتصاص الماء، وتورم، ومعدل انتقال بخار الماء (WVP) لتوصيف مقاومة المياه من المواد القائمة على النشا.
فيلم قاعدة النشا
02
السلوك الميكانيكي
في الإنتاج اليومي والحياة، ومواد التعبئة والتغليف فيلم تحتاج إلى قوة معينة والمرونة للحفاظ على سلامتها أثناء المعالجة. الربط المتبادل يؤسس اتصالات بين الجزيئات وداخل الغدد المولوية ، ويجعل سلاسل النشا الجزيئية أطول ، ويعزز التفاعلات بين الجزيئات ، مما يؤدي إلى زيادة قوة الشد للمادة وانخفاض استطالة عند الكسر.
بشكل عام، إضافة كمية صغيرة من وكيل crosslinking يمكن أن تلبي متطلبات الأداء للمنتج. عندما تكون درجة الربط المتبادل منخفضة ، يزداد طول جزيئات النشا المتاحة للانزلاق. مع الزيادة المستمرة في درجة الربط المتبادل ، يتم تعزيز التفاعلات بين الجزيئات وداخل الجزيئات ، ويتم زيادة قوة الشد ، ولكن في الوقت نفسه يتم تقييد الانزلاق بين الجزيئات أيضًا ، مما يؤدي إلى انخفاض في استطالة المواد عند كسرها ويظهر هشاشة.
النشا لديه ماء قوي للغاية. إذا كان محتوى النشا في النظام أكثر من اللازم ، سيتم إضعاف قوة الجزيئات بعد امتصاص المادة للماء ، مما يقلل إلى حد كبير من قوة الشد للمادة.
بالإضافة إلى درجة التشابك المتبادل والمحتوى النشا، والرطوبة النسبية أيضا له تأثير أكبر على الخصائص الميكانيكية للبلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا. عندما تكون الرطوبة النسبية 40٪، فإن الخصائص الميكانيكية للألواح القائمة على النشا هي الأفضل. الرطوبة النسبية المنخفضة جدا قد تجعل المواد هشة وتقطع إلى قطع عندما امتدت; عندما تكون الرطوبة النسبية مرتفعة للغاية ، تدخل كمية كبيرة من جزيئات الماء الورقة البلاستيكية كملدن ، وتنخفض قوة الشد.
الوقت علاج ودرجة الحرارة علاج هي أيضا عوامل هامة تؤثر على خصائصها الميكانيكية. عندما محتوى السكروز المؤسدة هو 5wt، ومحتوى الجليسرول هو 15wt،، ووقت المعالجة هو 5min، ودرجة الحرارة المعالجة هي 180 درجة مئوية، والخصائص الميكانيكية للفيلم النشا هي الأمثل (قوة الشد هو 23MPa، استطالة في كسر 60٪).
عندما يكون وقت المعالجة قصيرًا ، لا يكفي الربط المتبادل لتشكيل شبكة بين جزيئات النشا ، والتفاعل بين الجزيئات ضعيفًا. إذا كان وقت المعالجة طويلًا جدًا ، سيتم تدمير الهيكل العظمي للنشا ، مما سيؤدي إلى انخفاض قوة الشد والطول عند الكسر. وفي الوقت نفسه، يتطلب الربط المتبادل درجة حرارة معالجة عالية بما فيه الكفاية لضمان الإزالة الفعالة لجزيئات الماء من نظام التفاعل المتداخل.
المواد الخام البلاستيكية القائمة على النشا
يجب أن لا يكون مبلغ إضافة من البلاستيك أكثر من اللازم. نفاذية من فيلم النشا يزيد مع زيادة تركيز الملدن، ولكن عندما يتجاوز تركيزه الحد الحرج، وسوف يحدث فصل المرحلة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض وكلاء عبر ربط تعمل في وقت واحد وكلاء عبر ربط والملدنات في المواد الفيلم القائم على النشا.
CA له مثل هذا تأثير في اتجاهين. عندما يتجاوز محتوى CA 10wt%, يعمل CA الزائد كملدن، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة الشد وزيادة في استطالة عند الاستراحة. الزيادة في محتوى CA في مركبات PVA / النشا من 5wt٪ إلى 30wt٪ لم تقلل بشكل كبير من قوة الشد ، ولكن استطالة في كسر زادت بشكل كبير. يؤدي التأثير المشترك للربط المتبادل واللكمنة إلى تغييرات معقدة في الأداء للمواد القائمة على النشا. لهذا النوع من وكيل crosslinking، يمكن أن كمية مناسبة إضافة تحسين أداء البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا، والكثير من شأنه أن يعمل كملدن، والتي سوف تؤثر سلبا على أداء المواد.
03
قابلية التحلل
قابلية التحلل هي أكبر ميزة للمواد القائمة على النشا. وعادة ما يحدث التحلل البيولوجي للمواد القائمة على النشا بسبب النشاط البيولوجي للفطريات والبكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى في ظل الظروف الطبيعية مثل التربة، أو في ظل ظروف معينة محددة مثل ظروف التسميد أو في حلول الثقافة مائي.
طريقة دفن التربة يستخدم الكائنات الحية الدقيقة لتآكل النشا في ذلك وإفراز الإنزيمات، مما يقلل من قوة المادة. البلاستيك والملح المعدني في التربة يخضع للأكسدة التلقائية لتوليد البيروكسيدات، التي تعزز كسر سلاسل البوليمر الجزيئية وتصبح المواد الجزيئية منخفضة. ، الذي يصبح H2O CO2.
تدهور السماد
تستخدم طريقة التسميد الكائنات الحية الدقيقة للتحكم في تحويل المواد العضوية القابلة للتحلل في النفايات الصلبة إلى الدبل المستقر وH2O وCO2 في ظل ظروف الأكسجين.
يعزز الربط المتبادل قوة التفاعل بين الجزيئات والمولوية ويقلل من معدل تدهور المادة. في الظروف العادية، ترتبط درجة التحلل من البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا ارتباطًا إيجابيًا بمحتوى النشا والوقت الذي يدفن فيه التربة، ويرتبط معدل التحلل ارتباطًا إيجابيًا بمحتوى النشا والرطوبة البيئية ودرجة الربط المتبادل ومحتوى المُلدنات.
عمق الدفن ليس له تأثير واضح على معدل تدهور الفيلم. معدل فقدان الوزن من الفيلم في غضون 15 يوما هو 48.70٪، الذي لديه التحلل الحيوي الكمال.
كمية ثاني أكسيد الكربون الصادرة في نظام سماد التربة تميز قابلية التحلل من CA ذات ربط مشترك عالية amylose نشوى الشعير bioplastics. معدل تحلل البلاستيك مرتفع نسبياً في غضون 20 يوماً، وينخفض بشكل كبير بعد 20 يوماً. بعد 100 يوم، يكون معدل التحلل هو نفس المعدل المرجعي للتربة، ويتم تحلل المادة بشكل كامل. وفي الوقت نفسه، تبين أن معدل تدهور البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا المترابطة كان أبطأ بكثير من حبيبات النشا.
قشر الشعير المعدل يعزز تدهور فيلم مركب PVA /starch المرتبط في بيئة التربة الطبيعية. تظهر نتائج هذه الدراسة أن معدل فقدان الوزن من فيلم النشا PVA / crosslinked الصلصالية أقل من ذلك في فيلم PVA / النشا. قشر الشعير الطبيعي / PVA / عبر ربط النشا مركب الفيلم لديه أعلى معدل تدهور، ومعدل فقدان الوزن بعد 120 يوما هو 33٪، وذلك لأن وجود قشر الشعير الطبيعي في المواد المركبة يمكن أن تمتص المزيد من المياه.
طريقة التعديل من البلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا المترابط
بسبب هيكل الشبكة ثلاثي الأبعاد المدمجة التي شكلتها عبر ربط، وقد تم تحسين أداء البلاستيك القابل للتحلل النشا المترابطة إلى حد ما، لكنه لا يزال لا يصل إلى معايير البلاستيك العامة. ولذلك، فمن الضروري لمزيد من تعديله، بما في ذلك المزج مع غيرها من المواد البوليمر، نانو المواد تعزيز، تعديل متعددة، طلاء طلاء المياه، الخ.
01
البوليمر الطبيعي مزج التعديل
يمكن Glucomannan مع هيكل الشبكة تمنع تسوية النشا ومفيد لتحسين التوافق بين نظام المزج. ثم يضاف كمية مناسبة من PVA إلى النظام لمزج. PVA يوفر الفيلم مع أفضل مقاومة للماء والخصائص الميكانيكية، ولكن التوافق في النظام يصبح الفقراء.
تمت إضافة Transglutaminase إلى مزيج ساغو ساغو الليسيرول الملحمة / الجيلاتين السمكي ، وتم إعداد فيلم مقاوم للماء ومرن قائم على النشا من خلال ربط الإنزيم مع المجموعات الأمينية في البروتين. ينخفض WVP من الفيلم المعدلة ، ويزيد استطالة في كسر ، وقوة الشد تنخفض.
جلزارالدهيد
باستخدام الجلوتارالدهيد كعامل الربط المتبادل، تم إعداد فيلم مركب بطاطا/CS متصل مع مقاومة أفضل للماء بواسطة طريقة الصب. في الوقت نفسه، أعطى CS الفيلم خصائص فريدة من نوعها المضادة للبكتيريا، مما يجعلها متاحة في مجال الطب الحيوي أو الحفاظ على الغذاء. تستخدم على نطاق واسع.
بالمقارنة مع الأفلام النقية القائمة على النشا ، يتم تحسين خصائص الأفلام القائمة على النشا التي تم مزجها وربطها مع أنواع بيولوجية أخرى. وفي الوقت نفسه، يمكن لالمواد الحيوية الأخرى أن تجلب أيضًا بعض الخصائص الإضافية للأفلام المستندة إلى النشا. هذه الطريقة هي إعداد الاتجاه الجديد للمواد الجديدة المستندة إلى النشا الغشاء.
02
مزج تعديل البوليستر القابل للتحلل
يمكن لمزج النشا مع البوليستر القابل للتحلل ، بمساعدة الخصائص الميكانيكية الممتازة للبوليستر ومقاومة الماء ، تعويضًا فعالًا عن نقص فيلم النشا من حيث الأداء. بالنسبة لأنظمة المزج، فإن توافق المواد المتعددة هو عامل مهم يؤثر على الخصائص الميكانيكية للمواد.
يتم استخدام ECH والجلسرين لتعديل النشا ، ثم يتم مزج النشا المعدل مع جيش التحرير الشعبى الصينى ، ويتم إعداد الفيلم من قبل عملية الضغط الساخنة. المجموعات الهيدروكسيل على جزيئات النشا هي عبر ربط جزيئات ECH لتشكيل مجموعات الأثير، وبالتالي تغيير الهيدروفيليا النشا. إن تعديل الربط المتبادل واللدئن للنشا يحسن توافقه مع جيش التحرير الشعبي ويعزز خصائصه الميكانيكية.
عندما يكون معدل محتوى النشا/PVA/CA هو 3:3:0.08، فإن فيلم المزج يتمتع بأفضل أداء إجمالي؛ امتصاص الماء من مزيج الفيلم هو 54.31 مرات وزنه، وقوة الشد الميكانيكية هو 46.45 MPa.
بسبب إضافة PVA ، يحتوي الفيلم على نشاط مضاد للبكتيريا ضد البكتيريا المسببة للأمراض المنقولة بالغذاء Listeria و Escherichia coli.
تظهر نتائج اختبار عبوات التين الطازجة أن الفيلم المركب الثلاثي CA- doped لديه نفاذية بخار الماء ، ويمكن أن يمنع بشكل فعال تعفن الفاكهة والضباب السطحي ، ولديه احتباس الماء العالي ومقاومة الماء.
الفيلم لديه إمكانات كبيرة في فيلم التعبئة والتغليف المضادة للضباب وتطبيقات التعبئة والتغليف الغذائية النشطة للتعبئة والتغليف عالية نفاذية المنتجات الزراعية الطازجة.
CA عبر ربط PVA / النشا مركب الفيلم التي يمكن تطبيقها على الجروح الضمادات أعدت عن طريق طريقة الصب. بالمقارنة مع الأفلام البلاستيكية مماثلة للتعبئة والتغليف، وإعداد PVA / النشا فيلم مركب لديه مرونة أكبر، وانخفاض معامل مرن، وارتفاع الذوبان ومؤشر تورم، وممتازة في معدل التدهور في المختبر والخصائص المضادة للبكتيريا ، هو مادة ممتازة خلع الملابس الجرح.
03
نانو حشو عززت التعديل
بالإضافة إلى البوليستر القابل للتحلل ، فإن السليلوز والجسيمات النانوية هي أيضًا حشوات شائعة الاستخدام في السنوات الأخيرة لدراسة الخصائص الميكانيكية للبلاستيك القابل للتحلل القائم على النشا.
الألياف النانوية السليلوز (CNFs) والسيلولوز النانوي (CNCs) لها تأثير أفضل على تعزيز فيلم النشا، و CNFs لها آثار تقوية أفضل من CNCs. ويرجع ذلك أساسا إلى حقيقة أن كلا من السليلوز والنشا هي السكريات، واثنين من هياكل مماثلة، والروابط الهيدروجين قوية تتشكل بسهولة بين مجموعات الهيدروكسيل، مما أدى إلى التصاق بين الوجهين قوية للغاية.
السيلولوز نانو ألياف
CNCs لها شكل مثل إبرة مع البلورية العالية; بينما CNFs لديها بنية شبكة مع نسبة أكبر إلى الارتفاع، ودرجة أعلى من التشابك مع النشا، وتفاعلات أكبر بين الجزيئات. هذه الواجهة القوية تحسن الخصائص الميكانيكية لمواد الفيلم القائم على النشا.
تم مزج نشا الذرة الشمعي مع السليلوز الصغير / نانو (MFC) ، وتم إعداد 1،2،3،4 - حمض البوتانيتيتراكاربكليك المركبة المستندة إلى النشا المرتبطة عبر طريقة الصب.
فيلم متقاطع مع محتوى MFC من 15wt٪ دون استخدام أي مُلدنات
نحن نقدم براءة اختراع كامل فيلم القابلة للتحلل وحقيبة PVA، يتم إجراء جميع المنتجات من قبل معدات الصب، وهو مختلف عن المنتجات التقليدية صب ضربة، وجميع المنتجات صب ضربة غير قابلة للتحلل الكامل. يمكننا إنتاج أفلام pva والحقائب بألوان شفافة وكاملة ومختلفة. والفيلم PVA هو أكثر سلاسة من المنتجات التقليدية صب ضربة.
كما نقدم المواد العضوية فيلم كامل القابلة للتحلل والحقائب مع المواد الخام براءة اختراع وعملية الإنتاج.
لمزيد من الأفلام وأكياس المنتجات PVA يرجى زيارة لنا:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/