Dos categorías de materiales biodegradables
Los materiales biodegradables se pueden dividir en materiales completamente biodegradables y materiales biodegradables destructivos de acuerdo con el mecanismo de degradación y los métodos de destrucción.
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Material completamente biodegradable
Los materiales completamente biodegradables se refieren a materiales biodegradables que pueden ser descompuestos por bacterias, hongos, actinomicetos y otros microorganismos. Finalmente se puede descomponer en CO2 y agua bajo la acción de bacterias o su hidrolasa para volver a la naturaleza, por lo que se le llama "material verde". A partir del método de preparación, se puede dividir en tres tipos: método de fermentación microbiana, síntesis química y mezcla de polímeros naturales.
Fermentación microbiana
La fermentación microbiana se refiere a los materiales biodegradables obtenidos a través de la fermentación microbiana utilizando materia orgánica como fuente de carbono, principalmente ésteres de ácidos grasos polihidroxi. El éster de ácido graso polialquilo (PHA) es un poliéster intracelular sintetizado por muchas bacterias. Tiene muchas propiedades excelentes como la biodegradabilidad, la biocompatibilidad y la edificabilidad. Ha desempeñado un papel importante en materiales biomédicos, materiales de ingeniería de tejidos, materiales de liberación sostenida, materiales eléctricos y materiales de embalaje.
La Compañía Procter &Gamble de los Estados Unidos ha desarrollado con éxito los productos de la serie PHA y sus diversas aplicaciones como hilos de sutura, telas no tejidas y diversos materiales de embalaje. En la actualidad, la investigación global de PHA se centra principalmente en el uso de su biodegradabilidad, biocompatibilidad y otras características para desarrollar aplicaciones en campos de alto valor agregado como el médico, farmacéutico y electrónico.
Síntesis química
Los materiales degradables de polímeros sintetizados químicamente se refieren a materiales biodegradables sintetizados y fabricados por métodos químicos. La mayoría de ellos son poliésteres alifáticos que contienen estructuras basadas en ésteres que pueden ser degradadas por microorganismos en sus estructuras moleculares. En la actualidad, los productos industrializados representativos son la policaprolactona (PCL), el succinato de polisuccinato (BS) y el ácido poliláctico. (PLA), copolímero alifático de poliéster/poliéster aromático (CPE), etc.
El ácido poliláctico tiene una excelente biocompatibilidad y absorbibilidad, no tóxico, no irritante, se puede descomponer completamente en CO2 y H2O en la naturaleza, sin contaminación al medio ambiente, es actualmente el polímero biodegradable más prometedor. El ácido poliláctico tiene una amplia gama de usos y actualmente se utiliza en las industrias de polímeros biomédicos, textiles y embalaje. La policaprolactona (PCL) tiene una excelente biocompatibilidad, memoria y biodegradabilidad, y sus productos se concentran principalmente en uso médico y diario, como ortesis, suturas, vendas y plásticos degradables.
Mezcla de polímeros naturales
Los materiales biodegradables de polímeros naturales son materiales hechos con polímeros naturales biodegradables, como materiales biológicos derivados de plantas y quitina de origen animal, como sustratos para hacer que el producto sea degradable. Las fuentes vegetales incluyen celulosa, hemicelulosa, lignina, almidón, polisacáridos e hidrocarburos compuestos por paredes celulares; las fuentes animales son principalmente crustáceos como camarones y cangrejos. Las variedades principales son PHB/PCL almidón gelatinizado/PCL almidón gelatinizado/PHBV, etc.
Estos materiales degradables son ricos en materias primas, pueden ser completamente biodegradables, y los productos son seguros y no tóxicos, y la gente está prestando cada vez más atención. Sin embargo, los materiales poliméricos naturales son completamente biodegradables. Sin embargo, sus propiedades térmicas y mecánicas son deficientes y no pueden cumplir con los requisitos de rendimiento de los materiales de ingeniería. Por lo tanto, la dirección actual de la investigación es modificar los polímeros naturales para obtener valiosos materiales de degradación de polímeros naturales.
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Material biodestructivo
Los materiales biodestructivos están a nivel de material. Son principalmente materiales degradables hechos por mezcla o copolimerización de polímeros naturales y polímeros sintéticos de propósito general. Los métodos de combinación son los siguientes:
(1) Utilizar métodos de fusión y mezcla de soluciones;
(2) Un material polimérico se dispersa en una solución acuosa de otro polímero para formar un sistema de suspensión, y finalmente se fabrican varios compuestos;
(3) Dispersar o disolver materiales poliméricos naturales en un sistema que pueda sufrir reacciones de polimerización, realizar reacciones de homopolimerización y copolimerización, y polimerizar monómeros en el sistema para obtener materiales compuestos que contengan polímeros naturales;
(4) Degradar adecuadamente las macromoléculas naturales en condiciones apropiadas (como ácidas o alcalinas, etc.), y polimerizar los segmentos moleculares degradados con otros monómeros. Así, se prepara un nuevo copolímero con propiedades biodegradables. A continuación se introducirán los materiales degradables fabricados mediante mezcla o copolimerización de almidón, celulosa, proteínas y polímeros sintéticos.
Materiales a base de almidón
Como una especie de compuesto polimérico natural, el almidón tiene una amplia variedad de fuentes y bajo costo. Y puede ser completamente degradado en diversos entornos naturales. Finalmente se descompone en CO2 y H2O y no causará ninguna contaminación al medio ambiente. Por lo tanto, los materiales degradables a base de almidón se han convertido en el material biodegradable más investigado y desarrollado en el país y en el extranjero. Se puede obtener mezclando con otros polímeros o copolimerizando con monómeros. Materiales degradables a base de almidón.
En 1973, Griffin obtuvo la patente para materiales de relleno de modificación de superficie de almidón por primera vez. En la década de 1980, algunos países desarrollaron materiales biodegradables llenos de almidón sobre el fondo de las patentes de Grifn. Los materiales de almidón relleno también se conocen como materiales biodestructivos. Su proceso de fabricación consiste en añadir una cierta cantidad de almidón y otras pequeñas cantidades de aditivos a los materiales generales y luego procesarlos en formas. El contenido de almidón no supera el 30%. La tecnología de material de almidón de tipo de llenado es madura y el proceso de producción es simple, y se puede producir mejorando ligeramente el equipo de procesamiento existente. Por lo tanto, la mayoría de los productos nacionales de material de almidón degradable son de este tipo.
Canadian St. Lawrence Starch Company ha investigado y producido un masterbatch Ecostar de almidón modificado. Se puede mezclar con polietileno, polipropileno, poliestireno, alcohol polivinílico y poliuretano para hacer materiales biodegradables. El material a base de almidón desarrollado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos es agregar almidón gelatinizado que contiene 40%-60% de agua a las CEA (ácido acrílico de etileno). ) Se mezcla para hacer película de mantillo agrícola. El poliestireno injertado de almidón desarrollado por la Universidad de Purde en los Estados Unidos adopta la polimerización catiónica para controlar eficazmente el peso molecular y las propiedades físicas. Entre ellos, el almidón contiene 20%-30% de almidón, y el polímero de injerto tiene el poliestireno habitual Propiedades similares al etileno. Se puede utilizar como botellas, películas, etc. la Universidad Tecnológica de Taiyuan de mi país Liu Shufu y otros estudiaron la costomeria de injerto de almidón de patata y cloruro de polivinilo. El Instituto de Química Aplicada de la Academia de Ciencias de Jiangxi utilizó la copolímero de injerto de almidón y estireno para fabricar materiales a base de almidón. Las membranas degradables fueron exploradas.
Materiales a base de celulosa
También hay dos métodos de preparación para plásticos a base de celulosa, uno es la mezcla y el otro es la modificación química de materiales típicos a base de celulosa. Existen varios métodos de preparación: la mezcla de celulosa y quitosano, la mezcla de celulosa y proteína, la mezcla de celulosa y sus derivados, la copolimerización de monómeros de celulosa y polímeros, hemicelulosa, lignina, etc. Los métodos de mezcla y modificación química se pueden utilizar para preparar materiales degradables a base de celulosa. Por ejemplo, la Universidad de Kyoto en Japón puede preparar materiales biodegradables de color marrón claro tratando el polvo de madera con ácido láurico.
Materiales a base de proteínas
Aunque la proteína tiene una buena biodegradabilidad, sus propiedades térmicas y mecánicas son pobres. El tratamiento químico (incluida la copolímeros) puede mejorar sus propiedades térmicas y mecánicas, pero la investigación en esta área todavía se encuentra en la etapa de investigación básica.
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