Plásticos a base de almidón
Los plásticos a base de almidón utilizan una reacción química para modificar químicamente el almidón, reducir el grupo hidroxilo del almidón, cambiar su estructura original, cambiando así las propiedades correspondientes del almidón y convertir el almidón original en almidón termoplástico.
Nombre chino Plásticos a base de almidón Industria Fabricación industrial Campos Fabricación química Aplicaciones Fabricación de plástico
Tabla de contenido
1 Fondo de investigación y desarrollo
2 Principio de proceso
3 Estado de desarrollo
4 ventajas del producto
5 Sistema de certificación
6 perspectivas de aplicación
Editor de fondo de I + D
El almidón es el polímero natural que solo es superado por la celulosa en el mundo. Es rico en fuentes, renovables y de bajo costo. Se puede utilizar para producir plásticos a base de almidón mediante plastificación modificada. Como categoría importante en materiales de base biológica, los plásticos a base de almidón han logrado con éxito la producción y aplicación industrial. El plástico a base de almidón es un tipo de producto de plástico que está hecho de almidón como materia prima principal, modificado y plastificado y luego mezclado con otros polímeros. Es un tipo de bioplástico. Los bioplásticos basados en almidón se pueden dividir en plásticos de base biológica y plásticos biodegradables.
Los plásticos biodegradables a base de almidón son generalmente mezclas de almidones modificados con poliésteres biodegradables (como PLA / PBAT / PBS / PHA / PPC, etc.), que son completamente biodegradables, compostables, ecológicos y adecuados para los desechos. Compostaje, vertedero y otros métodos de tratamiento. Los plásticos a base de almidón generalmente son una mezcla de almidón modificado y poliolefinas (como PP / PE / PS, etc.). Su importancia ambiental es reducir el uso de recursos petroquímicos, reducir las emisiones de dióxido de carbono y los desechos son aptos para la incineración. Ambos materiales pueden reemplazar a los plásticos tradicionales a base de petróleo y son ampliamente utilizados en materiales de embalaje de plástico, materiales a prueba de golpes, películas de plástico y bolsas de plástico, vajillas desechables, envases de alimentos, juguetes y similares.
Edición de principios de proceso
El almidón es un polímero natural de alto peso molecular con una gran cantidad de grupos hidroxilo en su molécula (estructuras moleculares II y III), por lo que la interacción entre las macromoléculas de almidón es fuerte, lo que dificulta el proceso de fusión del almidón original y se comparte con otros polímeros. . La compatibilidad con otros polímeros en el proceso de mezcla también es pobre. Pero estos grupos hidroxilo pueden
Las reacciones químicas como la esterificación, la eterificación, el injerto y la reticulación son suficientes. Estas reacciones químicas se usan para modificar químicamente el almidón para reducir el grupo hidroxilo del almidón y cambiar su estructura original, cambiando así las propiedades correspondientes del almidón y convirtiendo el almidón original en un almidón termoplástico.
1. Esterificación, transesterificación o eterificación.
Para cambiar la hidrofilia del almidón a hidrofobicidad, el grupo hidroxilo en la molécula de almidón se esterifica y transesterifica con un ácido graso, un éster de ácido graso o similar para formar un éster de almidón.
2, reacción de reticulación
Para aumentar la resistencia y la resistencia al calor del material de almidón, el almidón se reticula con un compuesto que tiene dos o más grupos funcionales (como un ácido polibásico, etc.) para causar una reticulación moderada del almidón.
3, mezclando y reformando la copolimerización innovación independiente
La mayoría de los plásticos de almidón se preparan mezclando y mezclando almidón con otros materiales poliméricos. El producto resultante tiene una compatibilidad limitada debido a la poca compatibilidad y al uso limitado. Los plásticos a base de almidón también copolimerizan el almidón durante el proceso de modificación del almidón para obtener un copolímero injertado de almidón y otros polímeros, mejorando así la compatibilidad del almidón con otros materiales poliméricos. A través de la modificación química, se realizó la modificación del almidón: la hidrofilia se cambió a hidrofobicidad; la sensibilidad al calor se cambió a resistencia a la temperatura; lo duro y lo quebradizo se cambió a plasticidad. Esta modificación resuelve el problema mundial de la modificación del almidón y sienta una buena base para el procesamiento posterior.
Editor de estado de desarrollo
Los bioplásticos a base de almidón tienen una historia de 30 años de investigación y desarrollo. Es un plástico biodegradable con la historia de investigación más larga, la tecnología más madura, la escala industrial más grande y la mayor cuota de mercado. A principios de la década de 1980, cuando se investigó y desarrolló almidón modificado y una mezcla madre de aleación de plástico degradable de plásticos totalmente biodegradables o solubles, se valoró la mezcla de almidón y resina biodegradable. Entre ellos, el más exitoso es el "MaterBi" de Novamont, Italia, que es una estructura de red interpenetrante de aleación de plástico y polímero compuesta de almidón modificado y alcohol polivinílico modificado. Tiene buenas propiedades de procesamiento, propiedades de procesamiento secundario y mecánica. Rendimiento y excelente biodegradabilidad. Además, "Vinex" desarrollado por Air Product & Chemical Company de los Estados Unidos es una resina a base de alcohol polivinílico que tiene un bajo grado de polimerización y tiene solubilidad en agua, procesabilidad termoplástica y biodegradabilidad, y ha recibido gran atención en los últimos años.
En los últimos años, los países generalmente han cambiado su enfoque de investigación a los plásticos que aumentan el contenido de almidón tanto como sea posible, y han desarrollado algunos materiales completamente degradables con excelentes propiedades, e incluso han obtenido productos de almidón puro sin polímeros sintéticos, a saber, almidón termoplástico. El material biodegradable "Novon" producido por Warner-Lambert en los Estados Unidos tiene un contenido de almidón de más del 90%. La Japanese Corn Company y el Instituto de Tecnología de Producción de Michigan han desarrollado conjuntamente un material con alto contenido de almidón que tiene la ventaja de una alta resistencia al agua. Además, Sumitomo Corporation de Japón y Ferrizz de Italia también anunciaron que han estudiado con éxito los plásticos de almidón con un contenido de almidón del 90%. En la producción de almidón termoplástico para la producción de plásticos biodegradables, los institutos de investigación como el Instituto Alemán Batekke, la American Warner-Lambert Company y la Universidad Suiza han realizado grandes progresos. El Centro Nacional Australiano para el Procesamiento de Alimentos y la Ciencia del Empaque ha introducido un termoplástico de almidón completo con buena fluidez, ductilidad y liberación de moho. El producto es suave, transparente, de alta resistencia y tiene una tasa de degradación controlable. Se puede usar para hacer películas agrícolas y alimentos. Película de embalaje y otros productos.
Los plásticos de almidón de China fueron desarrollados por primera vez por el Instituto de Química Aplicada de la Academia de Ciencias de Jiangxi a fines de la década de 1980. Según estadísticas incompletas, hay más de 60 instituciones de educación superior, institutos de investigación y empresas que participan en la investigación. China está reduciendo gradualmente la brecha con los países desarrollados extranjeros en la investigación y el desarrollo de plásticos a base de almidón. En la actualidad, las principales empresas nacionales de fabricación de materiales y productos a base de almidón y el status quo son las siguientes: Wuhan, de 40,000 toneladas / año, se prepara para construir una línea de producción con una producción anual de 60,000 toneladas; Shenzhen Hongcai 15,000 toneladas / año; Suzhou Hanfeng 10,000 toneladas / año; Zhejiang Tianhe 10,000 toneladas / año; Zhejiang Huafa 10,000 toneladas / año; Shandong Bicai en 10.000 toneladas / año; Otras empresas de producción también incluyen Nanjing que Australia, Changzhou Longjun, etc.
El almidón se modifica y plastifica por métodos químicos, y el almidón modificado tiene tres características principales: 1. Hidrofobicidad. El almidón es completamente hidrófobo después de la modificación química, y su contenido de humedad es <1%, lo="" que="" tiene="" una="" buena="" compatibilidad="" con="" otros="" materiales="" de="" polímeros=""> 2, resistencia a la temperatura. El almidón modificado puede soportar una temperatura alta de 230 ° C durante el procesamiento termoplástico sin amarillear o descomponerse. 3. Termoplástico. El almidón modificado puede procesarse termoplásticamente en equipos de procesamiento de plástico. Los plásticos a base de almidón producidos por la compañía se dividen en dos series: biológicos y biodegradables. Se dividen en materiales de película soplada, plásticos de inyección, materiales laminados y materiales espumantes de acuerdo con diferentes técnicas de procesamiento. Se pueden usar en aplicaciones industriales y farmacéuticas en lugar de plásticos petroquímicos comunes. Empaquetado de alimentos, electrodomésticos y otros productos, utensilios de cocina, juguetes y plantación de flores. De este modo, se ahorra una gran cantidad de recursos petroleros, se reducen las emisiones de dióxido de carbono, se trata la basura de manera inofensiva, se promueve el desarrollo agrícola y los ingresos de los agricultores, y se promueve el desarrollo de la economía circular.
Edición de ventaja del producto
En comparación con los productos plásticos tradicionales, las ventajas de los materiales y productos a base de almidón son las siguientes:
(1) Rendimiento similar: tiene el mismo rendimiento y un rendimiento similar que los productos plásticos tradicionales del mismo tipo;
(2) Protección del medio ambiente: los plásticos y productos a base de almidón tienen las ventajas de ahorrar recursos de petróleo y reducir las emisiones de dióxido de carbono; los plásticos y productos biodegradables a base de almidón tienen las ventajas de una biodegradación completa, compostabilidad y eliminación inofensiva de basura;
(3) Seguridad: los materiales y productos a base de almidón no contienen sustancias tóxicas y nocivas como plastificantes, bisfenol A y metales pesados. Los materiales de grado alimenticio cumplen con los estándares relevantes para los plásticos de grado alimenticio en el hogar y en el extranjero;
(4) Proceso de producción: no hay descarga de residuos en el proceso de producción, lo que no causará nueva contaminación al medio ambiente;
(5) Costo: los materiales y productos plásticos a base de almidón son los mismos que los productos plásticos de petróleo ordinarios. El costo de los materiales y productos biodegradables a base de almidón es aproximadamente el doble que el de los plásticos de petróleo ordinarios.
Edición del sistema de certificación
En los últimos años, el desempeño ambiental de los productos biológicos se ha reconocido gradualmente en el país y en el extranjero, y los campos de aplicación de materiales biológicos se han ampliado considerablemente. El contenido de biocarbono de los materiales de base biológica es una característica importante que los distingue de los plásticos comunes. El contenido de biocarbono se define como el porcentaje de biochar en carbono orgánico (incluyendo biochar y carbono fósil) en productos. Como el biocarbono es un carbono nuevo, no contamina el medio ambiente, por lo que tiene un buen efecto ambiental. Los estándares de detección de contenido de biocarbono incluyen ASTM D6866-08: Método de prueba para determinar el contenido biológico de muestras sólidas, líquidas y gaseosas mediante análisis de radiocarbono y el método de contador de flash líquido para la determinación de contenido de base biológica en chino GB / T29649-2013 Materiales de base biológica. Dado que los organismos contemporáneos contienen cantidades iguales de carbono radiactivo, el principio de ASTM D6866 es medir el contenido de base biológica de la muestra en cualquier estado por medio de esta propiedad del organismo; Este método se puede utilizar para determinar cualquier producto y organismo de base biológica. El porcentaje exacto de material de base biológica o renovable contenido en la mezcla base.
En 2009, el organismo de certificación autorizado belga Vincotte emitió el primer lote de certificación de productos de certificación estrella OK Biobased del mundo, la certificación de nivel autorizado del contenido de biocarbono de materiales de base biológica, y también proporciona una calidad de producto confiable para la base biológica mercado de materiales. Evaluación de terceros. OK-Biobased es la etiqueta ambiental de Bélgica para productos de bajo carbono con base biológica. Los fabricantes de plásticos con base biológica pueden certificar sus etiquetas en el empaque del producto o productos para diferenciarlos de los productos petroquímicos comunes. Define materiales de base biológica basados en el contenido de biocarbono y los evalúa como un porcentaje del contenido de biocarbono y el contenido de carbono total. El estándar es ASTM D6866, que es una distinción basada en estrellas entre materiales y es la marca de certificación de materiales biológicos autorizada de la UE. El logotipo OK Biobased utiliza un asterisco para distinguir la calificación ambiental del producto. Un producto certificado tiene una marca de 1 estrella para demostrar que su producto contiene 20% a 40% de biochar, 2 estrellas son 40% a 60%, 3 estrellas son 60% a 80% y 4 estrellas son más de 80% bio- contenido de carbon. producto. La certificación OK Biobased de Vincotte tiene como objetivo ayudar a las empresas o distribuidores a mejorar la competitividad del mercado de productos renovables y guiar a los consumidores a elegir mejor los productos ecológicos.
Para alentar el desarrollo de materiales y productos de base biológica, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos ha implementado un programa de prioridad biológica. El programa tiene dos programas, un plan prioritario de compras gubernamentales y un programa de identificación voluntaria para consumidores. El primero fue en 2002 para alentar el desarrollo de productos biológicos, mientras que el segundo fue lanzado en 2008. El propósito del Programa Bio-Prioritario es estimular el consumo de productos de biomasa en los Estados Unidos. Las agencias del gobierno federal y sus contratistas priorizan la compra de productos con el mayor contenido de biomasa. Si el producto cumple con los estándares mínimos para el contenido de base biológica en la lista de productos de base biológica del Departamento de Agricultura de los EE. UU., Cualquier fábrica o distribuidor puede participar en el programa, y la etiqueta del certificado emitida por la agencia se puede pegar en el embalaje del producto.
La certificación internacional de plásticos biodegradables incluye la certificación belga OK Compost, la certificación alemana Compostable y la certificación US BPI.
OK Compost es un certificado compostable denominado "OK Compost" emitido por el organismo de certificación belga AIB-Vincotte Group después de realizar pruebas de acuerdo con el estándar de prueba para materiales biodegradables EN13432 o ASTM D6400. La certificación OK Compost tiene como objetivo ayudar a las empresas o distribuidores a mejorar la competitividad del mercado de productos totalmente degradables y guiar a los consumidores a elegir mejor los productos ecológicos.
La certificación compostable es la certificación de productos biodegradables por DIN CERTCO, un organismo de certificación conjunto de TUV Rheinland Group y Deutsches Institut fr Normun (DIN). La identificación de autenticación es el logotipo de "inicialización". La certificación compostable ayuda a los compradores a seleccionar productos de una amplia gama de proveedores y fabricantes para la calidad, la seguridad y la protección del medio ambiente. Al mismo tiempo, los productos con el logotipo Compostable indican que han superado con éxito las pruebas y la evaluación de una organización externa autorizada, lo que ayuda a mejorar la confianza de compra del cliente y promover efectivamente las ventas de productos. Y la información relevante del titular se puede consultar en el sitio web oficial de DIN CERTCO para evitar el abuso o la falsificación del logotipo.
BPI es la abreviatura de Biodegradable ProductsInsitute. BPI educa a productores, legisladores y consumidores sobre los estándares científicos para materiales degradables a través de un innovador programa de etiquetado compostable. Al mismo tiempo, existen una serie de procedimientos para garantizar que los productos relevantes cumplan con los requisitos de las normas para materiales degradables.
El primer grupo de compañías chinas que recibieron la certificación OK Biobased en Wuhan, China, obtuvieron la certificación de cuatro estrellas de productos biológicos. Al mismo tiempo, los materiales biodegradables de la compañía recibieron la certificación OK Compost y la certificación Compostable.
Edición de primer plano de la aplicación
Con el cambio gradual de la preferencia del consumidor por los productos plásticos, el mercado está calentando materiales renovables amigables con el medio ambiente. Afectado por esto, la demanda del mercado de plásticos de origen biológico ha aumentado. Con el énfasis en los bioplásticos por parte de los gobiernos, se espera que el valor total de la demanda mundial de bioplásticos aumente a $ 5.9 mil millones para 2020, lo que equivale a una tasa de crecimiento anual promedio del 20%.
Recientemente, el Parlamento francés aprobó leyes sobre la transición energética y el crecimiento verde. Además de reducir la participación de la energía nuclear en la combinación energética francesa, la nueva ley también incluye asesoramiento legislativo relacionado con las energías renovables y los envases de plástico. Por ejemplo, la energía renovable aumentará en un 40% para 2030 y las emisiones de dióxido de carbono en un 40% para 2030; las bolsas de empaque livianas para empacar frutas y verduras se harán con materiales de base biológica a partir del 1 de enero de 2017; Además, los envases de plástico para correo comercial también se ejecutarán al mismo tiempo y con los mismos estándares. La última legislación del gobierno francés exige que los artículos de mesa desechables, como platos y tenedores, estén hechos de materiales de origen biológico en lugar de materiales a base de petróleo.
Los analistas de RnR Market Research Consultancy han pronosticado que la demanda global de plásticos de origen biológico aumentará en un 19% en los próximos cuatro años, y su demanda de mercado alcanzará las 950,000 toneladas en 2017. Europa es el mercado de consumo más grande del mundo para productos de origen biológico. plástica. En 2012, el uso de plásticos de origen biológico en la región representó más de la mitad del total mundial. Según el informe de la encuesta, los consumidores en Europa están más inclinados a elegir nuevos productos plásticos de base biológica que los plásticos tradicionales. Por lo tanto, se espera que la región continúe liderando las clasificaciones de consumo de plásticos con base biológica. En términos de tipos, los plásticos a base de almidón y el ácido poliláctico siguen siendo los plásticos biológicos más exigentes en los próximos años, y su consumo en el mercado representará más del 60% del total. Según RnR Market Research, en los últimos años, los países han introducido restricciones a los plásticos y continúan aumentando la supervisión del uso de plásticos tradicionales, lo que ayudará a impulsar aún más la demanda de plásticos a base de bio, especialmente a base de almidón.
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