Polymer auf Stärkebasis
Das Pulver hat keine echte Thermoplastizität, kann jedoch zur Injektion durch Zugabe von Weichmacher (Wasser, Glycerin, Sorbose usw.), Scherung und hoher Temperatur (90 ° C ~ 180 ° C) verwendet werden, wodurch die Stärke schmelzen und verflüssigt werden kann . , Extrusions-, Blasformgeräte wie synthetische Kunststoffe. Diese Kombination (Stärke, Wasser, Wärme) stellt die Gelatinierung der Stärke sicher, dh die Zersetzung des körnigen Gewebes. Wenn das Molekül nach der Spaltung der Wasserstoffbindung fragt, wird die Stärke gelatiniert, um eine viskose Aufschlämmung zu bilden, dh es wird ein Polymer auf Stärkebasis gebildet.
Chinesischer Name
Polymer auf Stärkebasis
Matrix
Stärke
Wege zu produzieren
Auflösungsguss
Ausländischer Name
Amyloidpolymer
Produktionsstart
Stärkeextraktion
Abbaubarkeit
Vollständig biologisch abbaubar
Kopf
Aufzeichnung
1 Stärkemodifikation
2 Herstellung von Polymeren auf Stärkebasis
Produktionsstart
Unstrukturierte Modifikation
3 biologisch abbaubare Polymere
4 Polymer-Abbau-Mechanismus auf Stärkebasis
1 Stärke modifizierter Editor
Stärke liegt in Form von Partikeln mit kristallinen und amorphen Bereichen vor. Da viele Eigenschaften der ursprünglichen Stärke die Anforderungen praktischer Anwendungen nicht erfüllen können, wie z. B. thermische Viskositätsstabilität, Gelatinierungseigenschaften, Löslichkeit usw., werden physikalische, chemische und biochemische Eigenschaften übernommen. Das Verfahren ändert die strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften der ursprünglichen Stärke, um spezifische Eigenschaften und Verwendungen zu erzielen.
Die Größe des Stärkekörnchens hängt von der Dicke des Films ab, aus dem der Stärkekunststoff hergestellt wird. Das Stärkekörnchen ist in kaltem Wasser unlöslich, aber wenn die getrocknete natürliche Stärke in kaltes Wasser gegeben wird, durchlaufen sie einen begrenzten reversiblen Quellprozess, wobei zu diesem Zeitpunkt die kleinen Moleküle nur in das Stärkekörnchen eintreten. Der amorphe Anteil bewirkt in Kombination mit der freien hydrophilen Gruppe, dass die Stärke eine Quellung des Stärkekörnchens erfährt, um die ursprünglichen Eigenschaften und die Doppelbrechung der Kristalle beizubehalten. Wenn die Stärkesuspension auf eine bestimmte Partikelgröße erhitzt wird, dehnt sich das Stärkekörnchen plötzlich aus und die Suspension wird zu einer viskosen gelatineartigen Lösung. Dieses Phänomen wird als Gelatinierung von Stärke bezeichnet, und die Leistung der Stärkegelatinierung hängt eng mit der Herstellung von Stärkekunststoffen zusammen. Da Stärke keine Plastizität aufweist, muss sie modifiziert werden, um die strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften der ursprünglichen Stärke zu ändern, was zu spezifischen Plattformen und Verwendungen führt. Die behandelte Stärke wird zusammen als modifizierte Stärke bezeichnet. Viele physikalische Eigenschaften der modifizierten Stärke, wie Löslichkeit, Viskosität, Expansionsrate, Fließfähigkeit, Koagulation und Wärmeempfindlichkeit in Wasser, sind der ursprünglichen Stärke überlegen, und einige neue Eigenschaften wie Superwasserabsorption, Wasserunlöslichkeit, Plastizität usw. sind Eigenschaften, die die ursprüngliche Stärke nicht besitzt, und diese Eigenschaften können zur Entwicklung neuer Produkte verwendet werden.
2 Produktionsbearbeitung von Polymeren auf Stärkebasis
Produktionsstart
Die Herstellung von Stärkepolymeren beginnt mit der Extraktion von Stärke, die von der Quelle der Stärkepflanze abhängt, gefolgt von der Trennung der Fasern, dem Bleichen und Trocknen, um reine Stärke zu ergeben. Abhängig von den Eigenschaften des gewünschten Stärkepolymers wird die Stärke vor und nach dem Trocknen chemisch modifiziert, um in ein thermoplastisches Material umgewandelt zu werden, das nur durch einen Extruder, durch kontinuierliches Extrudieren und Mischen oder einen kombinierten Extrusionsmischschritt erreicht werden kann.
In der Vergangenheit war das Hauptproduktionsverfahren für Stärkekunststoffe das Auflösungsgießen. Bei diesem Verfahren wird die Stärke in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, damit die viskose Lösung ausreichend fließen kann, um eine schnelle Dispersion auf der Oberfläche des Gussstücks sicherzustellen. Nach dem Gießen der Lösung wird der Film beim Trocknen erhalten. Die von Forschern verwendete Technik weist mehrere Nachteile auf, nämlich kleine Filmausbeuten und lange Produktionszeiten. Industriell erfolgt die Zuführung durch kleine Schlitze auf einer großen rotierenden Trommel oder durch Bewegen eines Metallbandes. Mit einer Maske können organische Lösungsmittel aus dem Arbeitsbereich entfernt werden.
Unstrukturierte Modifikation
Die natürliche Stärke wird nicht nur als Füllstoff in verstärkten Kunststoffen verwendet, sondern weist auch schlechte thermische Verarbeitungseigenschaften auf, und es ist erforderlich, die Stärke nicht strukturell zu modifizieren, um ein Biokunststoff zu sein. Darüber hinaus muss es mit anderen Polymeren und Weichmachern gemischt werden, um die mechanischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften zu verbessern. Das wichtigste unstrukturierte Mittel ist Wasser, das zwei Rollen spielt und die Gelatinierung der Stärke (Quellen der Stärke durch Zerstörung der meisten Wasserstoffbrücken zwischen Makromolekülen unter Bildung eines klebrigen Pflasters) und als Weichmacher fördert. Zusätzlich zu Wasser wird jedoch ein zusätzlicher Weichmacher benötigt, um die Schmelztemperatur zu senken.
Für reine trockene Stärke wird die Schmelztemperatur von 220 ° C bis 240 ° C variiert, und dieser Bereich umfasst die Temperatur für den Beginn der Stärkezersetzung. Wenn ein nichtflüchtiger Weichmacher wie ein Polyol zugesetzt wird, wird die Schmelztemperatur gesenkt, und unter hoher Temperatur und Scherung kann die Stärke zu einem thermoplastischen Thermoplasten verarbeitet werden, der als thermoplastische Stärke (TPS) bezeichnet wird. Zusätzlich kann das Wachstum von Mikroorganismen durch Verringern der Wasseraktivität der Membran eingeschränkt werden. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten spielen das in der Stärke enthaltene Wasser und der zugesetzte Weichmacher eine unverzichtbare Rolle, da sie mit Stärke Wasserstoffbrückenbindungen eingehen können, die die starke Wechselwirkung zwischen den molekularen Hydroxylgruppen der Stärke ersetzen und sich dadurch in eine Art Thermoplast umwandeln .
3 biologisch abbaubare Polymerbearbeitung
In Bezug auf biobasierte oder biologisch abbaubare Polymere ist es wichtig, die biologische Abbaubarkeit dieser Materialien nachzuweisen. Die American Society for Testing and Materials und die International Standards Organization definieren Kunststoffe, die in bestimmten Umgebungen großen chemischen Strukturänderungen unterliegen, als biologisch abbaubare Kunststoffe. Nach Standardmethoden getestet, führen diese Änderungen zum Verlust physikalischer und chemischer Eigenschaften. Das biobasierte Polymer kann ein biologisch abbaubares Polymer oder ein nicht biologisch abbaubares Polymer sein. Beispielsweise sind Polymere auf Stärkebasis im Allgemeinen biologisch abbaubar, während kristalline Polymilchsäure nahezu nicht abbaubar ist. Derzeit konzentrieren sich die Wissenschaftler auf drei Haupttypen von Polymermaterialien.
Der erste Typ ist ein biologisch abbaubarer traditioneller Kunststoff. Wenn die Oberfläche des Polymermaterials mit dem Boden in Kontakt steht, wird das Material glatt abgebaut. Das Mikromaterial im Boden kann die Kunststoffpartikel nicht abbauen, verursacht jedoch einen schnellen Zusammenbruch der Trägermatrix. Dieses Material hat normalerweise eine unzerstörbare Matrix auf Erdölbasis, die mit Kohlenstoff oder Glasfaser verstärkt ist.
Die zweite Kategorie sind teilweise abbaubare Polymermaterialien, die sich schneller abbauen als herkömmliche synthetische Kunststoffe. Ein typisches Herstellungsverfahren für solche Kunststoffe besteht darin, Naturfasern um eine herkömmliche Matrix (auf Erdölbasis) herum zu umgeben. Bei der Verarbeitung können Mikroorganismen natürliche Makromoleküle im Körper aufnehmen. Was bleibt, ist ein Material, dessen Struktur geschwächt ist, mit rauen Kanten und Offenheit für weiteren Abbau.
Die dritte Kategorie, die letzte Kategorie, ist derzeit ein Polymermaterial, das für Forscher und die Industrie von großem Interesse ist. Diese Kunststoffe sind vollständig biologisch abbaubar, die Polymermatrix stammt aus natürlichen Materialien wie Stärke, mikrobiellen Wachstumspolymeren und die Verstärkungsfasern stammen aus gängigen Kulturen wie Flachs und Hanf. Unter geeigneten Bedingungen von Temperatur, Feuchtigkeit und Sauerstoff zersetzt sich der Kunststoff durch biologischen Abbau in ungiftige oder umweltfreundliche Reststoffe, die dann von Mikroorganismen vollständig in Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden.
4 Bearbeitung des Polymerabbaumechanismus auf Stärkebasis
Der Abbau-Mechanismus des Polymers ist nicht sehr klar. Es wird allgemein angenommen, dass der Mechanismus des biologischen Abbaus kein einzelner Mechanismus ist, sondern eine komplexe biophysikalische und biochemische Wirkung, die von anderen physikalischen und chemischen Wirkungen wie Hydrolyse und Oxidation, biologischer Wirkung und physikalischer Chemie begleitet wird. Die Rollen fördern sich gegenseitig und wirken synergistisch. Stärke ist zwei natürliche biologisch abbaubare Polymere, die sich unter Einwirkung von Mikroorganismen in Glucose zersetzen und schließlich zu Wasser und Kohlendioxid metabolisiert werden.
Der Abbau von Polymeren auf Stärkebasis kann in zwei Prozesse unterteilt werden: Stärke wird von Mikroorganismen wie Pilzen und Bakterien angegriffen, verschwindet allmählich und es bildet sich eine poröse Bruchstruktur im Polymer, und die mechanische Festigkeit wird verringert, wodurch die Oberfläche vergrößert wird Bereich des Polymers, wodurch eine weitere natürliche Zersetzung erleichtert wird; Der Stärkeabbau löst die Wirkung von Prooxidationsmittel und Selbstoxidationsmittel aus, wodurch die lange Kette des Polymers geschnitten und die relative Molekülmasse des Polymers kleiner gemacht werden kann, bis die relative Molekülmasse des Polymers klein genug ist, um von Mikroorganismen und schließlich Wasser metabolisiert zu werden gebildet. Kleinmolekulare Verbindungen wie Kohlendioxid treten in den Kreislauf der Natur ein. Diese beiden Prozesse verstärken sich gegenseitig.
Die biologische Abbaubarkeit von abbaubaren Kunststoffen auf Stärkebasis beruht auf dem Vorhandensein einer kontinuierlichen Stärkephase, die sicherstellt, dass sich Mikroorganismen und Enzyme schnell dem Stärkegehalt der Membran nähern.
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