Zwei Kategorien von biologisch abbaubaren Materialien
Biologisch abbaubare Materialien können nach Abbaumechanismus und Zerstörungsverfahren in vollständig biologisch abbaubare Materialien und zerstörende biologisch abbaubare Materialien unterteilt werden.
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Vollständig biologisch abbaubares Material
Vollständig biologisch abbaubare Materialien beziehen sich auf biologisch abbaubare Materialien, die von Bakterien, Pilzen, Actinomyceten und anderen Mikroorganismen abgebaut werden können. Es kann schließlich unter Einwirkung von Bakterien oder seiner Hydrolase in CO2 und Wasser zerlegt werden, um in die Natur zurückzukehren, daher wird es"grünes Material" Von der Herstellungsmethode kann sie in drei Arten unterteilt werden: mikrobielle Fermentationsmethode, chemische Synthese und natürliche Polymermischung.
Mikrobielle Fermentation
Mikrobielle Fermentation bezieht sich auf die biologisch abbaubaren Materialien, die durch mikrobielle Fermentation unter Verwendung organischer Stoffe als Kohlenstoffquelle, hauptsächlich Polyhydroxyfettsäureester, gewonnen werden. Polyalkylfettsäureester (PHA) ist ein intrazellulärer Polyester, der von vielen Bakterien synthetisiert wird. Es hat viele hervorragende Eigenschaften wie biologische Abbaubarkeit, Biokompatibilität und Essbarkeit. Es hat eine wichtige Rolle bei biomedizinischen Materialien, Tissue-Engineering-Materialien, Materialien mit verzögerter Freisetzung, Elektromaterialien und Verpackungsmaterialien gespielt.
Der Procter &-Verstärker; Gamble Company aus den Vereinigten Staaten hat erfolgreich die Produkte der PHA-Serie und ihre verschiedenen Anwendungen als Nahtfäden, Vliesstoffe und verschiedene Verpackungsmaterialien entwickelt. Gegenwärtig konzentriert sich die globale Forschung von PHA hauptsächlich auf die Nutzung seiner biologischen Abbaubarkeit, Biokompatibilität und anderer Eigenschaften, um Anwendungen in Bereichen mit hoher Wertschöpfung wie Medizin, Pharmazie und Elektronik zu entwickeln.
Chemische Synthese
Chemisch synthetisierte polymerabbaubare Materialien beziehen sich auf biologisch abbaubare Materialien, die durch chemische Verfahren synthetisiert und hergestellt werden. Die meisten von ihnen sind aliphatische Polyester mit Strukturen auf Esterbasis, die von Mikroorganismen in ihren molekularen Strukturen abgebaut werden können. Derzeit sind die repräsentativen Industrieprodukte Polycaprolacton (PCL), Polysuccinatsuccinat (BS) und Polymilchsäure. (PLA), aliphatisches Polyester/aromatisches Polyester-Copolymer (CPE) usw.
Polymilchsäure hat eine ausgezeichnete Biokompatibilität und Absorptionsfähigkeit, ist ungiftig, nicht reizend, kann in der Natur vollständig in CO2 und H2O zerlegt werden, keine Umweltbelastung, ist derzeit das vielversprechendste biologisch abbaubare Polymer. Polymilchsäure hat ein breites Anwendungsspektrum und wird derzeit in der biomedizinischen Polymer-, Textil- und Verpackungsindustrie verwendet. Polycaprolacton (PCL) hat eine ausgezeichnete Biokompatibilität, Gedächtnisleistung und biologische Abbaubarkeit, und seine Produkte sind hauptsächlich im medizinischen und täglichen Gebrauch wie Orthesen, Nahtmaterial, Bandagen und abbaubaren Kunststoffen konzentriert.
Natürliche Polymermischung
Natürliche biologisch abbaubare Polymermaterialien sind Materialien, die unter Verwendung biologisch abbaubarer natürlicher Polymere, wie beispielsweise aus Pflanzen gewonnener biologischer Materialien und tierischem Chitin, als Substrate hergestellt werden, um das Produkt abbaubar zu machen. Pflanzenquellen umfassen Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Stärke, Polysaccharide und Kohlenwasserstoffe, die aus Zellwänden bestehen; tierische Quellen sind hauptsächlich Krebstiere wie Garnelen und Krabben. Die wichtigsten Sorten sind PHB/PCL-gelatinierte Stärke/PCL-gelatinierte Stärke/PHBV usw.
Solche abbaubaren Materialien sind reich an Rohstoffen, können vollständig biologisch abbaubar sein, und die Produkte sind sicher und ungiftig, und die Menschen achten immer mehr darauf. Natürliche Polymermaterialien sind jedoch vollständig biologisch abbaubar. Seine thermischen und mechanischen Eigenschaften sind jedoch schlecht und können die Leistungsanforderungen von technischen Materialien nicht erfüllen. Daher besteht die aktuelle Forschungsrichtung darin, natürliche Polymere zu modifizieren, um wertvolle natürliche Polymerabbaumaterialien zu erhalten.
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Biozerstörendes Material
Biodestruktive Materialien befinden sich auf Materialebene. Sie sind hauptsächlich abbaubare Materialien, die durch Mischen oder Copolymerisation von natürlichen Polymeren und synthetischen Allzweckpolymeren hergestellt werden. Die Kombinationsmethoden sind wie folgt:
(1) Verwenden Sie Schmelz- und Lösungsmischverfahren;
(2) Ein Polymermaterial wird in einer wässrigen Lösung eines anderen Polymers dispergiert, um ein Suspensionssystem zu bilden, und schließlich werden verschiedene Verbundstoffe hergestellt;
(3) Dispergieren oder Auflösen natürlicher Polymermaterialien in einem System, das Polymerisationsreaktionen durchlaufen kann, Homopolymerisations- und Copolymerisationsreaktionen durchführen und Monomere in dem System polymerisieren, um Verbundmaterialien zu erhalten, die natürliche Polymere enthalten;
(4) Abbauen natürlicher Makromoleküle unter geeigneten Bedingungen (wie sauer oder alkalisch usw.) richtig und polymerisieren die abgebauten Molekülsegmente mit anderen Monomeren. Auf diese Weise wird ein neues Copolymer mit biologisch abbaubaren Eigenschaften hergestellt. Die abbaubaren Materialien, die durch Mischen oder Copolymerisation von Stärke, Zellulose, Protein und synthetischen Polymeren hergestellt werden, werden unten vorgestellt.
Materialien auf Stärkebasis
Als eine Art natürliche Polymerverbindung hat Stärke eine Vielzahl von Quellen und ist kostengünstig. Und kann in verschiedenen natürlichen Umgebungen vollständig abgebaut werden. Es wird schließlich in CO2 und H2O zerlegt und belastet die Umwelt nicht. Daher sind abbaubare Materialien auf Stärkebasis zu den am besten erforschten und am besten entwickelten biologisch abbaubaren Materialien im In- und Ausland geworden. Es kann durch Mischen mit anderen Polymeren oder Copolymerisieren mit Monomeren erhalten werden. Abbaubare Materialien auf Stärkebasis.
1973 erhielt Griffin zum ersten Mal das Patent für Füllmaterialien zur Oberflächenmodifikation mit Stärke. In den 1980er Jahren entwickelten einige Länder stärkegefüllte biologisch abbaubare Materialien vor dem Hintergrund der Patente von Grifn &. Gefüllte Stärkematerialien werden auch als biodestruktive Materialien bezeichnet. Sein Herstellungsverfahren besteht darin, allgemeine Materialien mit einer bestimmten Menge Stärke und anderen kleinen Mengen an Zusatzstoffen zu versehen und sie dann zu Formen zu verarbeiten. Der Stärkegehalt überschreitet nicht 30 %. Die Stärkematerialtechnologie vom Fülltyp ist ausgereift und das Herstellungsverfahren ist einfach und kann durch leichte Verbesserung der bestehenden Verarbeitungsausrüstung hergestellt werden. Daher sind die meisten der inländischen abbaubaren Stärkematerialprodukte von diesem Typ.
Die Canadian St. Lawrence Starch Company hat einen Ecostar-Masterbatch mit modifizierter Stärke erforscht und hergestellt. Es kann mit Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylalkohol und Polyurethan gemischt werden, um biologisch abbaubare Materialien herzustellen. Das vom Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten entwickelte Material auf Stärkebasis besteht darin, gelatinierte Stärke, die 40%-60% Wasser enthält, zu EAA (Ethylenacrylsäure) hinzuzufügen. ) Wird gemischt, um eine landwirtschaftliche Mulchfolie herzustellen. Das von der Purde University in den Vereinigten Staaten entwickelte stärkegepfropfte Polystyrol verwendet kationische Polymerisation, um das Molekulargewicht und die physikalischen Eigenschaften effektiv zu kontrollieren. Unter diesen enthält die Stärke 20-30% Stärke, und das Pfropfpolymer hat die üblichen Polystyrol-ähnlichen Eigenschaften wie Ethylen. Kann als Flaschen, Folien, etc. verwendet werden. Taiyuan University of Technology meines Landes Liu Shufu und andere untersuchten die Pfropfcopolymerisation von Kartoffelstärke und Polyvinylchlorid. Das Institut für Angewandte Chemie der Jiangxi Academy of Sciences verwendete Stärke- und Styrol-Pfropfcopolymerisation zur Herstellung von Materialien auf Stärkebasis. Abbaubare Membranen wurden untersucht.
Materialien auf Zellulosebasis
Es gibt auch zwei Herstellungsverfahren für zellulosebasierte Kunststoffe, zum einen das Mischen und zum anderen die chemische Modifizierung typischer zellulosebasierter Materialien. Es gibt verschiedene Herstellungsverfahren: das Mischen von Cellulose und Chitosan, das Mischen von Cellulose und Protein, das Mischen von Cellulose und seinen Derivaten, die Copolymerisation von Cellulose und Polymermonomeren, Hemicellulose, Lignin usw. Misch- und chemische Modifizierungsverfahren können verwendet werden um abbaubare Materialien auf Cellulosebasis herzustellen. Beispielsweise kann die Universität Kyoto in Japan hellbraune biologisch abbaubare Materialien herstellen, indem sie Holzpulver mit Laurinsäure behandelt.
Proteinbasierte Materialien
Obwohl Protein eine gute biologische Abbaubarkeit aufweist, sind seine thermischen und mechanischen Eigenschaften schlecht. Eine chemische Behandlung (einschließlich Copolymerisation) kann seine thermischen und mechanischen Eigenschaften verbessern, aber die Forschung auf diesem Gebiet befindet sich noch in der Grundlagenforschung.
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