האם אתה להוט לטכנולוגיית השינוי הפלסטית האחרונה המתבססת על עמילן?
מאז שנות השלושים והארבעים הפך הפלסטיק לסוג החומר הבסיסי החדש הרביעי אחרי פלדה, עץ ומלט בשל יתרונותיו במשקל קל, בעלות נמוכה ובפלסטיות חזקה. מוצרי פלסטיק למטרות כלליות מושלכות בכמויות גדולות, והתוצרת"" זיהום לבן; גרם ללחץ אדיר על הסביבה האקולוגית. יחד עם זאת, הנפט כמשאב שאינו מתחדש יתמצה בסופו של דבר.
לכן, בשנים האחרונות מדינות ברחבי העולם הוציאו ברציפות את" את צווי הגבלת הפלסטיק" לעודד מתרגלים וצרכנים להשתמש בפלסטיק מתכלה ירוק וידידותי לסביבה באמצעות איסורים מקיפים, הסכמים מרצון ושיטות אחרות.
סוגי פלסטיק מתכלה
פוליקפרולקטון (PCL)
חומצה פולילקטית (PLA)
אלכוהול פוליוויניל (PVA), פולי-הידרוקסי
אלקיל אסתר (PHA)
עֲמִילָן
תָאִית
נתרן אלגינאט (SA)
צ'יטוסאן (CS)
פלסטיק מבוסס ביו מבוסס חלבון
עמילן הוא תרכובת פולימרית טבעית ומתחדשת. בגלל השפע שלו, הזמינות הקלה והמחיר הנמוך שלו, הוא מועדף על ידי פלסטיק מתכלה.
נכון לעכשיו, פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן מהווה כ- 50% מהפלסטיק המסחרי הקיים והמתכלה, ונמצא בשימוש נרחב בסרטי אריזות מזון, סרטי מאלץ חקלאיים, קופסאות אוכל מפלסטיק מוקצפות ופיגומים הנדסיים של רקמות עצם.
עם זאת, בהשוואה לפלסטיק המסורתי, התכונות המכניות ותכונות המחסום של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן מופחתות מאוד ולא ניתן לקדם אותן מסחרית. לכן, שינוי פיזיקלי או כימי של עמילן הוא חשוב מאוד.
קישור צולב הוא אחת השיטות העיקריות לשינוי עמילן. מבנה הרשת התלת מימדי המחובר היטב שנוצר על ידי קישור צולב משפר את האינטראקציה הבין מולקולרית, וכך מתקבל חומר מתכלה עם עמידות טובה בחום, עמידות במים, חוזק גבוה וגמישות.
מבנה ותכונות העמילן
עמילן הוא פחמימה פולימרית שנוצרת על ידי התייבשות ופילמור של מולקולות גלוקוז מרובות.
עמילן קיים באופן נרחב בשורשים, בפקעות, בפירות ובעלים של צמחים גבוהים יותר בצורת גרגירים. נכון להיום, הגידולים העיקריים המייצרים עמילן הם חיטה, תירס ותפוחי אדמה.
עמילן מורכב בעיקר מאמילוז ועמילופקטין:
עמילוז הוא גבישי מאוד ויכול להתמוסס במים חמים מבלי להפוך למשחה;
עמילופקטין אינו מסיס במים קרים, אך מתנפח לעיסה עם מים חמים.
למקורות שונים של עמילן תוכן מרכיב שונה ותכונות שונות. בהשוואה מקיפה של תכונות מרובות, עמילן תפוחי אדמה בעל אנטי-רטרוגרסיה ושקיפות טובים יותר, ועמיד בפני עובש, תכונות מכניות ועמידות במים הטובים ביותר, והוא מתאים ביותר להכנת חומרי קרום.
(א) עמילוז (ב) עמילופקטין
השוואת הרכב ותכונות עמילנים ממקורות שונים
שיטת צולבות של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן
קישור צולב הוא תהליך שבו רשתות פולימר ליניאריות או מסועפות מחוברות בקשרים קוולנטיים ליצירת רשת או פולימר בתפזורת. על פי שיטות קישור צולבות שונות, ניתן לחלק פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן ופלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן, ופלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן.
01
קישור צולב כימי
קישור צולב כימי הוא התגובה של חומר צולב המכיל קבוצות פונקציונליות בינאריות או מרובות עם קבוצות ההידרוקסיל על מולקולות העמילן ליצירת קבוצות כגון קשרי דיאטה או קבוצות דיאסטר, ובכך להצליב מולקולות עמילן מרובות ליצירת רשת מרחבית המבנה המרובע של הפולימר.
חומרים צולבים נפוצים הם גלוטרלדהיד, אפיכלורוהרין (ECH), נתרן trimetaphosphate (STMP), חומצת לימון (CA) וחומצה מאלית. המאפיינים של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן שהוכנו על ידי חומרים צולבים שונים שונים גם הם.
חוּמצַת לִימוֹן
הסרט המצולב של חומצה אדיפית הוא בעל תכונות העברת האור והמחסום הטובות ביותר. הסרט המצולב של חומצת בור הוא בעל העוצמה הגבוהה ביותר, ואילו הסרט המצולב של CA הוא בעל הגמישות הטובה ביותר; המיקרו-טופוגרפיה מראה כי החומצה האדיפית והסרטים המצולבים בורקסים טובים יותר מחומצת הבור הסרט המצולב הוא בעל מבנה אחיד יותר ומתאים יותר להכנת סרטי עמילן / PHA מרוכבים.
סריקת מיקרוגרף אלקטרונים של כל דגימה
בשנים האחרונות, עם קידום נמרץ של מושגים להגנת הסביבה,&סוג CA; ירוק" חומרים צולבים שאינם רעילים הפכו פופולריים יותר ויותר בקרב החוקרים והפכו לסוכני ההצטיידות העיקריים של קישור פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן.
פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן
על פי הזמן של הוספת סוכן קישור צולב, ניתן לחלק קישור כימי בין:
קישור צולב (כלומר הוספת חומר צולב לתגובה במהלך יציקת פולימרים)
פוסט-קישור (כלומר, לאחר היווצרות החומר, מתרחשת קישור בין מולקולות באמצעות שיטת טבילה של פתרונות צולבים).
אם לא ניתן להשיג את מידת ההצטלבות הנדרשת באמצעות קישור צולב, ניתן לשקול לאחר קישור צולב. מרבית התגובות המצליבות מתבצעות בנוזל הדבק העמילן וטמפרטורת התגובה אמורה להגיע לטמפרטורת הג'לטין של העמילן.
02
פוטו-קרוסלינקינג
Photocrosslinking היא שיטה של הוספת פוטוסנסיטיזר למערכת העמילן כדי לפרק אותו לרדיקלים חופשיים בהקרנת אור אולטרה סגול (UV), והשתמש במפוט פוטוסנסיטיזר כדי לפלמר את קבוצות ההידרוקסיל בעמילן כדי לקשר בין מולקולות העמילן. .
בעת חיתוך פוטו-קרוס-קישוט להכנת פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן, מינון הקרינה וריכוז פוטוסנסיטיזר הם הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על מידת ההחוצה של החומר.
בהשוואה לשיטת ההצטלבות הכימית, שיטת ההצלבה הצולבת אינה מצריכה ציוד הידרותרמי וריאגנטים המצליבים, היא בטוחה יותר וידידותית יותר לסביבה, ופשוטה להפעלה והתגובה קלה לשליטה. ניתן להתאים אותו לייצור חומרים מתמשך בקנה מידה גדול ומתאים להידרוגלים על בסיס ביו. , הכנת חומרי מסירת תרופות וכו '.
ההשפעה של קישור צולב על תכונות פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן
01
עמיד במים
עמידות במים היא אחד התנאים החשובים לבדיקת תקני היישום של חומרי קרום מתכלים על בסיס ביו. עם זאת, בשל הידרופיליות הטבעית של עמילן, חומרי סרט מבוססי עמילן בדרך כלל מציגים הידרופיליות חזקה וחדירות גבוהה יותר. שינוי קישור צולב גורם לעמילן להיות בעל מבנה רשת תלת מימדי מחובר היטב, רשתות אלו יכולות למנוע למעשה כניסה ונדידה של מולקולות מים. ספיגת מים, נפיחות וקצב העברת אדי מים (WVP) משמשים לעיתים קרובות כדי לאפיין את עמידות המים של חומרים מבוססי עמילן.
סרט בסיס עמילן
02
התנהגות מכנית
בייצור ובחיים היומיומיים, על חומרי אריזת הסרט להיות בעלי חוזק וגמישות מסוימים כדי לשמור על שלמותם במהלך העיבוד. קישור צולב יוצר קשרים בין-מולקולריים ותוך מולקולריים, מאריך שרשראות מולקולריות עמילן ומשפר את האינטראקציות הבין-מולקולריות, וכתוצאה מכך חוזק מתיחה מוגבר של החומר וירידה בהתארכות בהפסקה.
באופן כללי, הוספת כמות קטנה של סוכן קישור צולב יכולה לעמוד בדרישות הביצועים של המוצר. כאשר מידת ההצטלבות נמוכה, אורך מולקולות העמילן הזמינות להחלקה גדל. עם העלייה המתמשכת של מידת ההצטלבות, האינטראקציות הבין-מולקולריות והתוך-מולקולריות משופרות ועוצמת המתיחה מוגברת, אך יחד עם זאת גם החלקה הבין-מולקולרית מוגבלת, מה שמוביל לירידה בהתארכות שבירת החומר ומראה שבירות.
לעמילן הידרופיליות חזקה במיוחד. אם תוכן העמילן במערכת גדול מדי, הכוח הבין-מולקולרי ייחלש לאחר שהחומר סופג מים, מה שמפחית מאוד את חוזק המתיחה של החומר.
בנוסף למידת ההצטלבות ותכולת העמילן, לחות יחסית יש גם השפעה רבה יותר על התכונות המכניות של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן. כאשר הלחות היחסית היא 40%, התכונות המכניות של יריעות מבוססות עמילן הן הטובות ביותר. לחות יחסית נמוכה מדי עלולה לגרום לחומר להיות שביר ולהישבר לחתיכות בעת מתיחתו; כאשר הלחות היחסית גבוהה מדי, כמות גדולה של מולקולות מים נכנסת ליריעת הפלסטיק כמי חומר פלסטיק, וחוזק המתיחה פוחת.
זמן הריפוי וטמפרטורת הריפוי הם גם גורמים חשובים המשפיעים על תכונותיו המכניות. כאשר תכולת הסוכרזית המחומצנת היא 5 וואט%, תכולת הגליצרול היא 15 וואט%, זמן הריפוי הוא 5 דקות וטמפרטורת הריפוי היא 180 מעלות צלזיוס, התכונות המכניות של סרט העמילן הן אופטימליות (חוזק המתיחה הוא 23 מגה פיקסל, התארכות בהפסקה היא 60%).
כשזמן הריפוי קצר, ההצטלבות אינה מספיקה כדי ליצור רשת בין מולקולות עמילן, והאינטראקציה הבין מולקולרית חלשה. אם זמן הריפוי ארוך מדי, שלד העמילן ייהרס, מה שיוביל לירידה בחוזק המתיחה והתארכות בהפסקה. יחד עם זאת, crosslinking דורש טמפרטורת ריפוי גבוהה מספיק כדי להבטיח הסרה יעילה של מולקולות מים ממערכת התגובה crosslinking.
חומרי גלם פלסטיים מבוססי עמילן
כמות התוספת של חומר הפלסטיק לא צריכה להיות יותר מדי. החדירות של סרט העמילן עולה עם עליית ריכוז החומר הפלמיס, אך כאשר ריכוזו עולה על הגבול הקריטי, תתרחש הפרדת פאזה. בנוסף, כמה חומרים צולבים יכולים לתפקד בו זמנית כסוכני קישור צולבים ופלסטרים בחומרי סרט מבוססי עמילן.
ל- CA השפעה כזו דו כיוונית. כאשר תכולת ה- CA חורגת מ- 10 ואט%, עודף ה- CA משמש כמיח, מה שגורם לירידה בחוזק המתיחה ולעלייה בהתארכות בהפסקה. העלייה בתכולת CA במרכיבי PVA / עמילן מ 5 וואט% ל 30 וואט% לא הפחיתה משמעותית את חוזק המתיחה, אך התארכות ההפסקה גדלה משמעותית. ההשפעה המשולבת של קישור צולב ופלסטיזציה מובילה לשינויים מורכבים בביצועים של חומרים מבוססי עמילן. עבור סוג זה של סוכן קישור צולב, כמות תוספת מתאימה יכולה לשפר את ביצועי פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן, וכמות רבה מדי תשמש כפלסטיקן, אשר ישפיע לרעה על ביצועי החומר.
03
פירוק
פירוק הוא היתרון הגדול ביותר של חומרים מבוססי עמילן. פירוק ביולוגי של חומרים מבוססי עמילן נגרם בדרך כלל על ידי פעילות ביולוגית של פטריות, חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים בתנאים טבעיים כגון אדמה, או בתנאים ספציפיים מסוימים כגון תנאי קומפוסט או בתמיסות תרבית מימיות.
שיטת קבורת האדמה משתמשת במיקרואורגניזמים כדי לשחוק את העמילן שבתוכה ולהפריש אנזימים, מה שמפחית את חוזק החומר. הפלסטיק ומלח המתכת בקרקע עוברים חמצון אוטומטי ליצירת פרוקסידים, המקדמים את שבירת השרשראות המולקולריות הפולימריות והופכים לחומרים מולקולריים נמוכים. , שהופך ל- H2O ו- CO2.
השפלה בקומפוסט
שיטת הקומפוסט משתמשת במיקרואורגניזמים כדי לשלוט בהמרה של חומר אורגני מתכלה בפסולת מוצקה לחומוס יציב, H2O ו- CO2 בתנאי חמצן.
קישור צולב משפר את כוח האינטראקציה הבין-מולקולרי והתוך מולקולרי ומפחית את קצב ההשפלה של החומר. בנסיבות רגילות, דרגת ההשפלה של פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן מתואמת באופן חיובי עם תוכן העמילן וזמן הטמנת הקרקע, ושיעור ההשפלה נמצא בקורלציה חיובית עם תוכן עמילן, לחות סביבתית, מידת הצלבנות ותכולת פלסטיקן.
לעומק הקבורה אין השפעה ניכרת על קצב ההשפלה של הסרט; שיעור הירידה במשקל של הסרט בתוך 15 יום הוא 48.70%, שיש לו פירוק ביולוגי מושלם.
כמות ה- CO2 המשוחררת במערכת הקומפוסטציה של הקרקע מאפיינת את ההתכלות של ביופלסטיקה עמילוזית של שעורה עמילוזית גבוהה. קצב ההשפלה של הפלסטיק הוא גבוה יחסית בתוך 20 יום, ויורד משמעותית לאחר 20 יום. לאחר 100 יום, קצב ההשפלה זהה לשיעור ההתייחסות לקרקע, והחומר מושפל לחלוטין. במקביל, נמצא כי קצב ההשפלה של פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן הוא הרבה יותר איטי מזה של גרגירי העמילן.
קליפת השעורה המתוקנת משפרת את ההשפלה של הסרט המרוכב המצולב PVA / עמילן בסביבת האדמה הטבעית. תוצאות מחקר זה מראות כי שיעור ההרזיה של סרט העמילן המצולב / עמילן המצולב נמוך מזה של סרט העמילן / העמילן. קליפת השעורה הטבעית / PVA / סרט עמילן מרוכב צולב הוא בעל שיעור ההשפלה הגבוה ביותר, ושיעור הירידה במשקל לאחר 120 יום הוא 33%, מכיוון שנוכחות קליפת השעורה הטבעית בחומר המרוכב יכולה לספוג יותר מים.
שיטת שינוי של פלסטיק מתכלה המבוסס על עמילן
בשל מבנה הרשת התלת מימדי הקומפקטי שנוצר על ידי קישור צולב, הביצועים של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן משוכללים במידה מסוימת, אך עדיין אינם מגיעים לסטנדרטים של פלסטיק כללי. לכן, יש צורך לשנות אותו עוד יותר, כולל מיזוג עם חומרים פולימרים אחרים, שיפור חומר ננו, שינוי מרובה, ציפוי הידרופובי ציפוי וכו '.
01
שינוי מיזוג פולימרים טבעי
גלוקומנן עם מבנה רשת יכול לעכב שקיעת עמילן ומועיל לשיפור התאימות של מערכת המיזוג. ואז מוסיפים כמות מתאימה של PVA למערכת כדי להתמזג. PVA מספקת לסרט עמידות טובה יותר במים ותכונות מכניות, אך תאימות המערכת הופכת לקויה.
טרנסגלוטמינאז התווסף לתערובת עמילן הסאגו-גליצרול / ג'לטין דגים, והוכן סרט מבוסס עמילן עמיד במים וגמיש על ידי קישור בין האנזים לקבוצות אמיניות בחלבון. ה- WVP של הסרט המתוקן פוחת, ההתארכות בהפסקה עולה וחוזק המתיחה פוחת.
גלוטראלדהיד
באמצעות גלוטראלדהיד כסוכן ההצטלבות, הוכן סרט משולב תפוחי אדמה / CS עם עמידות טובה יותר במים בשיטת היציקה. במקביל, CS העניקה לסרט תכונות אנטיבקטריאליות ייחודיות, מה שהפך אותו לזמין בתחום הביו-רפואה או שימור המזון. בשימוש נרחב.
בהשוואה לסרטים מבוססי עמילן טהור, משופרים המאפיינים של סרטים מבוססי עמילן שמשולבים ומקושרים עם ביו-פולימרים אחרים. יחד עם זאת, חומרים ביולוגיים אחרים יכולים גם להביא תכונות נוספות לסרטים מבוססי עמילן. שיטה זו היא להכין את הטרנד החדש של חומרי קרום מבוססי עמילן חדשים.
02
מיזוג שינוי של פוליאסטר מתכלה
מיזוג עמילן עם פוליאסטר מתכלה, בעזרת תכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני מים של&# 39, יכול לפצות ביעילות על היעדר סרט עמילן מבחינת ביצועים. עבור מערכות מיזוג, התאימות של מספר חומרים היא גורם חשוב המשפיע על התכונות המכניות של החומרים.
ECH וגליצרין משמשים לשינוי העמילן ואז מעורבב העמילן המתוקן עם PLA והסרט מוכן בתהליך לחיצה חמה. קבוצות ההידרוקסיל על מולקולות העמילן מקושרות על ידי מולקולות ECH ליצירת קבוצות אתר, ובכך משנות את ההידרופיליות של עמילן. קישור צולב ושינוי פלסטני של עמילן משפר את תאימותו ל- PLA ומשפר את תכונותיו המכניות.
כאשר יחס התוכן של עמילן / PVA / CA הוא 3: 3: 0.08, לסרט התערובת יש את הביצועים הכוללים הטובים ביותר; ספיגת המים של סרט התערובת היא פי 54.31 ממשקלו עצמו, ועוצמת המתיחה המכנית היא 46.45 מגה פיקסל.
בשל התוספת של PVA, יש לסרט פעילות אנטיבקטריאלית חזקה כנגד חיידקים פתוגניים הנישאים במזון ליסטריה ואשריצ'יה קולי.
תוצאות הבדיקה של אריזות תאנים טריות מראות כי לסרט המורכב השלשתי המסומם באמצעות CA חדירות אדי מים, יכול למנוע ביעילות ריקבון פרי וערפול על פני השטח, והוא בעל החזקת מים גבוהה ועמידות במים.
לסרט פוטנציאל רב בסרט אריזות אנטי ערפל וביישומי אריזת מזון פעילים לאריזת מוצרים חקלאיים טריים בעלי חדירות גבוהה.
סרט מורכב מצולב של PVA / עמילן שיכול להיות מיושם על חבישות פצע הוכן בשיטת יציקה. בהשוואה לסרטי פלסטיק דומים לאריזה, לסרט המורכב PVA / עמילן מוכן יש גמישות רבה יותר, מודולוס אלסטי נמוך יותר, מסיסות גבוהה יותר ומדד נפיחות, ושיעור השפלה במבחנה מעולה ותכונות אנטיבקטריאליות, הוא חומר חביש לפצע מעולה.
03
שינוי חיזוק מילוי ננו
בנוסף לפוליאסטר מתכלה, תאית וחלקיקי ננו הם גם חומרי מילוי הנפוצים בשנים האחרונות לחקר התכונות המכניות של פלסטיק מתכלה המתבסס על עמילן.
לסיבים ננו-תאיים (CNF) ולננו-גבישי תאית (CNC) יש השפעה מחזקת טוב יותר על סרט עמילן, ול- CNF יש השפעות חיזוק טובות יותר מאשר CNC. זה נובע בעיקר מהעובדה שגם תאית וגם עמילן הם פוליסכרידים, ולשניים יש מבנים דומים, וקשרי מימן חזקים נוצרים בקלות בין קבוצות הידרוקסיל, וכתוצאה מכך הידבקות בשטח חזקה במיוחד.
ננו-סיבים תאיים
למכונות CNC יש מורפולוגיה דמוית מחט עם גבישות גבוהה; בעוד של- CNF יש מבנה רשת עם יחס גובה-רוחב גדול יותר, מידה רבה יותר של הסתבכות עם עמילן ואינטראקציות בין-מולקולריות גדולות יותר. ממשק חזק זה משפר את התכונות המכניות של חומרי פילם מבוססי עמילן.
עמילן התירס השעווה היה מעורבב עם תאית מיקרו / ננו (MFC), וחומרי מרוכבים מבוססי עמילן צולבים המקושרים על ידי 1,2,3,4-בוטנטטרקרבוקסיליים הוכנו בשיטת יציקה.
סרט צולב עם תוכן MFC של 15 וואט% ללא שימוש בחומרי פלסטיק
אנו מציעים פטנט מלא מתכלה סרט ושקית PVA, כל המוצרים מיוצרים על ידי יציקת ציוד, זה שונה ממוצרי דפוס מכה מסורתיים, כל מוצרי דפוס מכה אינם מתכלים מלא. אנו יכולים לייצר סרטי שקיות ותיקים בצבעים שקופים ומגוונים. וסרט ה- PVA חלק יותר ממוצרי דפוס המכה המסורתיים.
אנו מציעים גם חומר אורגני מלא מתכלה סרטים ושקיות עם חומר גלם פטנט ותהליך ייצור.
לקבלת מוצרים נוספים של סרט PVA ותיקים אנא בקרו אותנו:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/