최신 전분 기반 생분해 성 플라스틱 개질 기술을 원하십니까?
1930 년대와 1940 년대 이후 플라스틱은 경량, 저비용 및 강력한 가소성의 장점으로 인해 강철, 목재 및 시멘트에 이어 네 번째 주요 새로운 유형의 기본 재료가되었습니다. 범용 플라스틱 제품은 대량으로 폐기되고 그 결과" 백색 오염" 생태 환경에 엄청난 압력을가했습니다. 동시에 재생 불가능한 자원 인 석유는 결국 고갈 될 것입니다.
따라서 최근 몇 년 동안 전세계 국가들은" 플라스틱 제한 주문" 실무자와 소비자가 포괄적 인 금지, 자발적 계약 및 기타 방법을 통해 친환경적이고 환경 친화적 인 분해 가능한 플라스틱을 사용하도록 장려합니다.
분해 가능한 플라스틱의 종류
폴리 카프로 락톤 (PCL)
폴리 락트산 (PLA)
폴리 비닐 알코올 (PVA), 폴리 하이드 록시
알킬 에스테르 (PHA)
녹말
셀룰로오스
알긴산 나트륨 (SA)
키토산 (CS)
단백질 기반 바이오 기반 플라스틱
전분은 천연 및 재생 가능한 고분자 화합물입니다. 풍부하고 가용성이 높으며 가격이 저렴하기 때문에 분해 가능한 플라스틱이 선호됩니다.
현재 전분 기반의 분해성 플라스틱은 기존 상업용 분해성 플라스틱의 약 50 %를 차지하며 식품 포장용 필름, 농업용 멀치 필름, 발포 플라스틱 도시락, 의료용 뼈 조직 공학 비계에 널리 사용되고 있습니다.
그러나 기존 플라스틱에 비해 전분 기반 분해성 플라스틱의 기계적 특성과 장벽 특성이 크게 감소하고 더 이상 상업적으로 홍보 할 수 없습니다. 따라서 전분의 물리적 또는 화학적 변형은 매우 중요합니다.
가교는 전분 개질의 주요 방법 중 하나입니다. 가교에 의해 형성된 긴밀하게 연결된 3 차원 네트워크 구조는 분자간 상호 작용을 향상시켜 내열성, 내수성, 고강도 및 유연성을 가진 분해 가능한 재료를 얻습니다.
전분의 구조와 특성
전분은 여러 포도당 분자의 탈수 및 중합에 의해 형성된 고분자 탄수화물입니다.
전분은 뿌리, 괴경, 과일 및 고등 식물의 잎에 과립 형태로 널리 존재합니다. 현재 전분을 생산하는 주요 작물은 밀, 옥수수 및 감자입니다.
전분은 주로 아밀로스와 아밀로펙틴으로 구성됩니다.
아밀로스는 결정 성이 높고 페이스트가되지 않고 뜨거운 물에 용해 될 수 있습니다.
아밀로펙틴은 찬물에 녹지 않지만 뜨거운 물에 풀로 부풀어 오른다.
전분의 출처에 따라 성분 함량과 특성이 다릅니다. 여러 특성의 종합 비교, 감자 전분은 역행 방지 및 투명성이 우수하고 곰팡이 저항성, 기계적 물성 및 내수성이 가장 우수하여 막 재료 제조에 가장 적합합니다.
(a) 아밀로오스 (b) 아밀로펙틴
다양한 공급원에서 추출한 전분의 구성 및 특성 비교
전분 기반 분해성 플라스틱의 가교 방법
가교는 선형 또는 분 지형 폴리머 사슬이 공유 결합으로 연결되어 네트워크 또는 벌크 폴리머를 형성하는 과정입니다. 다양한 가교 방법에 따라 가교 된 전분 기반 분해성 플라스틱은 화학적으로 가교 된 전분 기반 분해성 플라스틱과 광 가교 된 전분 기반 분해성 플라스틱으로 나눌 수 있습니다.
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화학적 가교
화학적 가교는 이원 또는 다중 작용기를 포함하는 가교제와 전분 분자의 수산기와 반응하여 디 에테르 결합 또는 디 에스테르 기와 같은기를 형성하여 다중 전분 분자를 교차 결합하여 공간 네트워크를 형성합니다. 폴리머의 정사각형 구조.
일반적으로 사용되는 가교 결합제는 글루 타르 알데히드, 에피 클로로 히 드린 (ECH), 삼 메타 인산 나트륨 (STMP), 구연산 (CA) 및 말산입니다. 다양한 가교제에 의해 제조 된 전분 기반 분해성 플라스틱의 특성도 다릅니다.
구연산
아 디프 산 가교 필름은 최고의 광 투과 및 차단 특성을 가지고 있습니다. 붕산 가교 필름은 강도가 가장 높고 CA 가교 필름은 유연성이 가장 좋습니다. 마이크로 토포 그래피는 아 디프 산과 붕사 가교 필름이 붕산보다 낫다는 것을 보여줍니다. 가교 필름은 더 균일 한 구조를 가지며 전분 / PHA 복합 필름의 제조에 더 적합합니다.
각 샘플의 주사 전자 현미경 사진
최근 환경 보호 개념의 활발한 추진과 함께 CA 형" green" 무독성 가교제는 연구자들 사이에서 점점 더 인기를 얻고 있으며 전분 기반 분해성 플라스틱을 가교하기위한 주요 가교제가되었습니다.
전분 기반의 분해 가능한 플라스틱
가교제 첨가시기에 따라 화학적 가교는 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
가교 (즉, 폴리머 성형시 반응 할 가교제 첨가)
후 가교 (즉, 물질이 형성된 후 가교제 용액 침 지법을 통해 분자간에 가교가 일어난다).
가교를 사용하여 필요한 정도의 가교를 얻을 수없는 경우 사후 가교를 고려할 수 있습니다. 대부분의 가교 반응은 전분 페이스트 액체에서 수행되며 반응 온도는 전분의 젤라틴 화 온도에 도달해야합니다.
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광 가교
광 가교는 전분 시스템에 감광제를 첨가하여 자외선 (UV) 조사 하에서 자유 라디칼로 분해하고 감광제를 사용하여 전분의 수산기를 중합하여 전분 분자를 가교시키는 방법입니다. .
전분 기반의 분해성 플라스틱을 제조하기 위해 광 가교를 할 때 방사선 량과 감광제 농도는 재료의 가교도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다.
화학적 가교 방법에 비해 광 가교 방법은 열수 장비 및 가교 시약이 필요하지 않고 더 안전하고 환경 친화적이며 조작이 간단하고 반응 제어가 쉽습니다. 재료의 대규모 연속 생산에 적용 할 수 있으며 바이오 기반 하이드로 겔에 적합합니다. , 약물 전달 물질 준비 등
전분 기반 분해성 플라스틱의 특성에 대한 가교의 영향
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내수성
내수성은 바이오 기반 분해성 멤브레인 재료의 적용 표준을 테스트하기위한 중요한 조건 중 하나입니다. 그러나 전분의 자연적인 친수성으로 인해 전분 기반 필름 재료는 일반적으로 더 강한 친수성과 더 높은 투과성을 나타냅니다. 가교 수정은 전분이 단단히 연결된 3 차원 네트워크 구조를 갖도록하며, 이러한 네트워크는 물 분자의 유입 및 이동을 효과적으로 방지 할 수 있습니다. 수분 흡수, 팽창 및 수증기 투과율 (WVP)은 종종 전분 기반 재료의 내수성을 특성화하는 데 사용됩니다.
전분베이스 필름
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기계적 행동
일상적인 생산과 생활에서 포장 필름 재료는 가공 중에 무결성을 유지하기 위해 일정한 강도와 유연성을 가져야합니다. 교차 결합은 분자 간 및 분자 내 연결을 설정하고 전분 분자 사슬을 더 길게 만들고 분자 간 상호 작용을 향상시켜 재료의 인장 강도를 높이고 파단 신율을 감소시킵니다.
일반적으로 소량의 가교제를 추가하면 제품의 성능 요구 사항을 충족 할 수 있습니다. 가교도가 낮 으면 슬라이딩에 사용할 수있는 전분 분자의 길이가 늘어납니다. 가교도가 지속적으로 증가함에 따라 분자간 및 분자간 상호 작용이 향상되고 인장 강도가 증가하지만 동시에 분자간 미끄러짐도 제한되어 재료의 파단 신율이 감소합니다. 취성을 보여줍니다.
전분은 매우 강한 친수성을 가지고 있습니다. 시스템의 전분 함량이 너무 많으면 재료가 물을 흡수 한 후 분자간 힘이 약해져 재료의 인장 강도가 크게 감소합니다.
가교 결합 정도 및 전분 함량 외에도 상대 습도는 전분 기반 분해성 플라스틱의 기계적 특성에 더 큰 영향을 미칩니다. 상대 습도가 40 % 일 때 전분 기반 시트의 기계적 특성이 가장 좋습니다. 상대 습도가 너무 낮 으면 재료가 부서지기 쉽고 늘어 나면 부서 질 수 있습니다. 상대 습도가 너무 높으면 다량의 물 분자가 가소제로 플라스틱 시트에 들어가고 인장 강도가 감소합니다.
경화 시간과 경화 온도도 기계적 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 산화 된 자당 함량이 5wt %, 글리세롤 함량이 15wt %, 경화 시간이 5 분, 경화 온도가 180 ° C 일 때 전분 필름의 기계적 특성이 최적 (인장 강도 23MPa, 파단 연신율은 60 %).
경화 시간이 짧으면 가교가 전분 분자 사이의 네트워크를 형성하기에 충분하지 않으며 분자 간 상호 작용이 약합니다. 경화 시간이 너무 길면 전분 골격이 파괴되어 인장 강도 및 파단 연신율이 감소합니다. 동시에, 가교는 가교 반응 시스템에서 물 분자를 효과적으로 제거하기 위해 충분히 높은 경화 온도가 필요합니다.
전분 기반 플라스틱 원료
가소제의 첨가량은 너무 많으면 안됩니다. 전분 필름의 투과성은 가소제 농도가 증가함에 따라 증가하지만 그 농도가 임계 한계를 초과하면 상 분리가 발생합니다. 또한 일부 가교제는 전분 기반 필름 재료에서 가교제 및 가소제로 동시에 기능 할 수 있습니다.
CA에는 이러한 양방향 효과가 있습니다. CA 함량이 10wt %를 초과하면 과잉 CA가 가소제 역할을하여 인장 강도가 감소하고 파단 연신율이 증가합니다. PVA / 전분 복합재의 CA 함량이 5wt %에서 30wt %로 증가해도 인장 강도는 크게 감소하지 않았지만 파단 연신율은 크게 증가했습니다. 가교와 가소 화의 결합 된 효과는 전분 기반 재료의 복잡한 성능 변화를 초래합니다. 이러한 유형의 가교제의 경우 적절한 첨가량은 전분 기반 분해성 플라스틱의 성능을 향상시킬 수 있으며 너무 많이 가소제로 작용하여 재료의 성능에 악영향을 미칩니다.
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분해성
분해성은 전분 기반 재료의 가장 큰 장점입니다. 전분 기반 물질의 생분해는 일반적으로 토양과 같은 자연 조건 또는 퇴비화 조건 또는 수성 배양 용액과 같은 특정 조건에서 곰팡이, 박테리아 및 기타 미생물의 생물학적 활동에 의해 발생합니다.
토양 매몰법은 미생물을 사용하여 전분을 침식하고 효소를 분비하여 물질의 강도를 감소시킵니다. 토양의 플라스틱과 금속염은자가 산화를 거쳐 과산화물을 생성하여 고분자 분자 사슬의 파괴를 촉진하고 저분자 물질이됩니다. , H2O와 CO2가됩니다.
퇴비 분해
퇴비화 방법은 미생물을 사용하여 고형 폐기물의 분해 가능한 유기물이 산소 조건에서 안정적인 부식질, H2O 및 CO2로 전환되는 것을 제어합니다.
교차 결합은 분자 간 및 분자 내 상호 작용력을 향상시키고 재료의 분해 속도를 줄입니다. 정상적인 상황에서 전분 기반 분해성 플라스틱의 분해 정도는 전분 함량 및 토양 매립 시간과 양의 상관 관계가 있으며 분해 속도는 전분 함량, 환경 습도, 교차 결합 정도 및 가소제 함량과 양의 상관 관계가 있습니다.
매장 깊이는 필름의 열화 율에 명백한 영향을 미치지 않습니다. 15 일 이내에 필름의 중량 감소율은 48.70 %로 완벽한 생분해 성을 가지고 있습니다.
토양 퇴비화 시스템에서 방출되는 CO2의 양은 CA 가교 고 아밀로오스 보리 전분 바이오 플라스틱의 분해성을 특징으로합니다. 플라스틱의 분해율은 20 일 이내에 상대적으로 높으며 20 일 후에는 현저히 감소합니다. 100 일 후, 분해율은 토양 기준율과 동일하며, 재료는 완전히 분해됩니다. 동시에, 가교 결합 된 전분 기반 분해성 플라스틱의 분해 속도는 전분 과립의 분해 속도보다 훨씬 느린 것으로 나타났습니다.
수정 된 보리 껍질은 자연 토양 환경에서 PVA / 전분 가교 복합 필름의 분해를 향상시킵니다. 본 연구의 결과는 가교 된 PVA / 가교 된 전분 필름의 중량 감소율이 PVA / 전분 필름의 중량 감소율보다 낮다는 것을 보여준다. 천연 보리 껍질 / PVA / 가교 결합 전분 복합 필름은 분해율이 가장 높으며 복합 재료에 천연 보리 껍질이 존재하면 더 많은 수분을 흡수 할 수 있기 때문에 120 일 후 중량 감소율은 33 %이다.
가교 전분 기반 분해성 플라스틱의 개질 방법
가교에 의해 형성된 콤팩트 한 3 차원 네트워크 구조로 인해 가교 된 전분 기반 분해성 플라스틱의 성능이 어느 정도 향상되었지만 여전히 일반 플라스틱의 기준에 미치지 못합니다. 따라서 다른 고분자 물질과의 혼합, 나노 물질 강화, 다중 변형, 소수성 코팅 코팅 등을 포함하여 추가 수정이 필요합니다.
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천연 폴리머 블렌딩 개질
네트워크 구조의 글루코만난은 전분 침전을 억제 할 수 있으며 혼합 시스템의 호환성을 개선하는 데 유용합니다. 그런 다음 적절한 양의 PVA를 시스템에 추가하여 혼합합니다. PVA는 더 나은 내수성과 기계적 특성을 가진 필름을 제공하지만 시스템의 호환성이 떨어집니다.
트랜스 글루 타미 나아 제를 글리세롤 가소 화 된 사고 전분 / 물고기 젤라틴 블렌드에 첨가하고, 단백질에있는 아미노기와 효소를 교차 결합하여 방수 및 유연성 전분 기반 필름을 제조했습니다. 개질 된 필름의 WVP는 감소하고, 파단 연신율은 증가하며, 인장 강도는 감소합니다.
글루 타르 알데히드
글루 타르 알데히드를 가교제로 사용하여 내수성이 우수한 감자 / CS 복합 가교 필름을 주조법으로 제조 하였다. 동시에 CS는 필름에 독특한 항균 특성을 부여하여 생물 의학 또는 식품 보존 분야에서 사용할 수 있습니다. 널리 쓰이는.
순수 전분 기반 필름에 비해 다른 바이오 폴리머와 혼합 및 교차 결합 된 전분 기반 필름의 특성이 향상됩니다. 동시에 다른 생체 재료는 전분 기반 필름에 몇 가지 추가 특성을 가져올 수 있습니다. 이 방법은 새로운 전분 기반 막 재료의 새로운 트렌드를 준비하는 것입니다.
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분해성 폴리 에스테르의 혼합 개질
폴리 에스테르'의 우수한 기계적 물성과 내수성 덕분에 분해 가능한 폴리 에스테르와 전분을 혼합하면 성능 측면에서 전분 필름 부족을 효과적으로 보완 할 수 있습니다. 혼합 시스템의 경우 여러 물질의 호환성은 재료의 기계적 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.
ECH와 글리세린을 사용하여 전분을 개질 한 다음 개질 된 전분을 PLA와 블렌딩하고 필름을 핫 프레싱 공정으로 준비합니다. 전분 분자의 수산기는 ECH 분자에 의해 가교되어 에테르기를 형성하여 전분의 친수성을 변화시킵니다. 전분의 가교 및 가소 화 변형은 PLA와의 호환성을 향상시키고 기계적 특성을 향상시킵니다.
전분 / PVA / CA 함량 비율이 3 : 3 : 0.08 인 경우 블렌드 필름은 전체 성능이 가장 좋습니다. 블렌드 필름의 수분 흡수는 자체 중량의 54.31 배이고 기계적 인장 강도는 46.45 MPa입니다.
PVA 첨가로 식 인성 병원성 세균 인 Listeria와 Escherichia coli에 대해 강력한 항균력을 발휘합니다.
신선한 무화과 포장의 테스트 결과에 따르면 CA 도핑 된 삼원 복합 필름은 수증기 투과성이 있고 과일 부패 및 표면 김서림을 효과적으로 방지 할 수 있으며 높은 수분 보유력과 내수성을 가지고 있습니다.
이 필름은 김서림 방지 포장 필름 및 고 투과성 신선한 농산물 포장을위한 활성 식품 포장 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
상처 드레싱에 적용될 수있는 CA 가교 PVA / 전분 복합 필름은 캐스팅 방법으로 준비되었습니다. 유사한 포장용 플라스틱 필름에 비해 제조 된 PVA / 전분 복합 필름은 유연성이 높고, 탄성 계수가 낮으며, 용해도 및 팽윤 지수가 높고, 체외 분해율과 항균성이 우수하며, 우수한 상처 드레싱 재료입니다.
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나노 필러 강화 개질
분해 가능한 폴리 에스터 외에도 셀룰로오스와 나노 입자는 최근 몇 년 동안 전분 기반 분해성 플라스틱의 기계적 특성을 연구하기 위해 일반적으로 사용되는 충전제입니다.
셀룰로오스 나노 섬유 (CNF) 및 셀룰로오스 나노 결정 (CNC)은 전분 필름에 대한 강화 효과가 더 우수하고 CNF는 CNC보다 강화 효과가 더 좋습니다. 이는 주로 셀룰로오스와 전분이 모두 다당류이고 두 가지가 유사한 구조를 가지고 있으며 수산기 사이에 강한 수소 결합이 쉽게 형성되어 매우 강한 계면 접착력을 제공하기 때문입니다.
셀룰로오스 나노 섬유
CNC는 결정 성이 높은 바늘 모양의 형태를 가지고 있습니다. CNF는 종횡비가 더 크고 전분과의 얽힘 정도가 높으며 분자 간 상호 작용이 더 큰 네트워크 구조를 가지고 있습니다. 이 강력한 인터페이스는 전분 기반 필름 재료의 기계적 특성을 향상시킵니다.
밀랍 옥수수 전분을 마이크로 / 나노 셀룰로오스 (MFC)와 블렌딩하고 1,2,3,4- 부탄 테트라 카르 복실 산 가교 결합 된 전분 기반 복합재를 주조법으로 제조 하였다.
가소제를 사용하지 않고 MFC 함량이 15wt % 인 가교 필름
우리는 특허받은 완전 생분해 성 필름과 PVA 백을 제공하며 모든 제품은 주조 장비로 만들어지며 전통적인 블로우 성형 제품과 다르며 모든 블로우 성형 제품은 완전 생분해되지 않습니다. 우리는 완전 투명하고 다양한 색상으로 pva 필름과 가방을 생산할 수 있습니다. PVA 필름은 기존의 블로우 성형 제품보다 더 부드럽습니다.
우리는 또한 특허받은 원료 및 생산 공정을 갖춘 유기 물질 완전 생분해 성 필름 및 백을 제공합니다.
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