Plásticos a base de almidón
Los plásticos a base de almidón utilizan reacciones químicas para modificar químicamente el almidón para reducir los grupos hidroxilo de almidón y cambiar su estructura original, cambiando así las propiedades correspondientes del almidón y convirtiendo el almidón nativo en almidón termoplástico.
Fondo de R & D
El almidón es un polímero natural cuya salida es la segunda de la celulosa en la tierra. Es rico en origen, renovable y bajo en precio. Se puede utilizar para producir plásticos a base de almidón a través de la modificación y la plastificación. Como una categoría importante de materiales de base biológica, los plásticos a base de almidón han realizado con éxito la producción y aplicación industrializada. El plástico a base de almidón es un tipo de producto plástico hecho de almidón como la materia prima principal, modificado y plastificado y luego mezclado con otros polímeros. Es una especie de bioplástico. Los bioplásticos a base de almidón se pueden dividir en dos categorías: plásticos de base biológica y plásticos biodegradables.
El plástico biodegradable a base de almidón es generalmente una mezcla de almidón modificado y poliéster biodegradable (como PLA/PBAT/PBS/PHA/PPC, etc.). Puede ser completamente biodegradable, compostable, respetuoso con el medio ambiente y adecuado para residuos Compost, vertedero y otros métodos de tratamiento. Los plásticos de base biológica a base de almidón son generalmente una mezcla de almidón modificado y poliolefinas (como PP/PE/PS, etc.). Su importancia de protección del medio ambiente radica en reducir el uso de recursos petroquímicos y reducir las emisiones de dióxido de carbono, y los residuos son adecuados para la incineración. Ambos materiales pueden reemplazar a los plásticos tradicionales a base de petróleo y son ampliamente utilizados en materiales de embalaje plástico, materiales a prueba de golpes, películas de plástico y bolsas de plástico, vajilla desechable, contenedores de alimentos, juguetes, etc.
Principio del proceso
El almidón es una especie de polímero molecular alto natural. Su molécula contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo (la estructura molecular es II y III). Por lo tanto, la interacción entre macromoléculas de almidón es muy fuerte, lo que dificulta el procesamiento de almidón original, y está en copolimerización con otros polímeros. La compatibilidad con otros polímeros durante la mezcla también es pobre. Sin embargo, estos grupos hidroxilo pueden sufrir reacciones químicas como esterificación, eterificación, injerto y reticulación. Estas reacciones químicas se utilizan para modificar químicamente el almidón, reducir los grupos hidroxilo del almidón, cambiar su estructura original, cambiando así las propiedades correspondientes del almidón, y convirtiendo el almidón original en un almidón termoplástico.
1. Reacción de esterificación, transesterificación o eterificación
Con el fin de cambiar la hidrofilicidad del almidón a hidrofobicidad, los grupos hidroxilo en la molécula de almidón se esterifican y se transesterifican con ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, etc., para formar ésteres de almidón.
2. Reacción de reticulación
Con el fin de mejorar la resistencia y la resistencia al calor de los materiales de almidón, el almidón está reticulado con compuestos con dos o más grupos funcionales (como ácidos polibásicos, etc.), de modo que el almidón está adecuadamente reticulado.
3. Innovación independiente de la mezcla y la co-reunión
La mayoría de los plásticos de almidón se preparan rellenando y mezclando almidón con otros materiales poliméricos. Los productos obtenidos de esta manera tienen mala compatibilidad y baja resistencia, y su rango de aplicación es limitado. En el plástico a base de almidón, el almidón se copolimeriza en el proceso de modificación del almidón para obtener copolímeros de injerto de almidón y otros polímeros, mejorando así la compatibilidad del almidón con otros materiales poliméricos. A través de la modificación química, se han realizado tres modificaciones de almidón: hidrofilis cambiada a hidrofobicidad; sensibilidad al calor cambiada a la resistencia a la temperatura; dureza y fragilidad cambiado a plasticidad. Esta modificación resuelve el problema mundial de la modificación del almidón y sienta una buena base para el procesamiento posterior.
estado del proceso
Los bioplásticos a base de almidón tienen una historia de investigación y desarrollo de 30 años. Es un plástico biodegradable con la mayor historia de investigación y desarrollo, la tecnología más madura, la mayor escala de industrialización y la mayor cuota de mercado. A principios de la década de 1980, la investigación y desarrollo de almidón modificado y lotes maestros de aleación de plástico degradable que pueden ser completamente biodegradables o plásticos solubles, y la mezcla de almidón y resinas biodegradables recibió atención. Entre ellos, el más exitoso es "MaterBi" de Novamont, Italia. Es una aleación de plástico de polímero de estructura de red interpeestrante compuesta de almidón modificado y alcohol polivinílico modificado. Tiene buenas propiedades de procesamiento, propiedades de procesamiento secundarias y propiedades mecánicas. Rendimiento y excelente biodegradabilidad. Además, el "Vinex" desarrollado por Air Product & Chemical en los Estados Unidos es una resina a base de alcohol polivinílico con un bajo grado de polimerización. Tiene solubilidad en agua, procesabilidad termoplástica y biodegradabilidad, y ha recibido gran atención en los últimos años.
En los últimos años, varios países generalmente han cambiado su enfoque de investigación a plásticos con tanto contenido de almidón como sea posible, y desarrollado algunos materiales completamente degradables con un excelente rendimiento, e incluso obtenido productos de almidón puro sin polímeros sintéticos, a saber, almidón termoplástico. El material biodegradable "Novon" producido por la Warner-Lambert Company de los Estados Unidos tiene un contenido de almidón de más del 90%; la Compañía Japonesa de Maíz y el Instituto de Investigación de Tecnología de Producción de Michigan desarrollaron conjuntamente un material de alto contenido de almidón, que tiene las ventajas de una fuerte resistencia al agua Además, la Corporación Sumitomo de Japón, la Corporación Ferrizz de Italia, etc., también anunció que han estudiado con éxito plásticos de almidón con un 90% de contenido de almidón. Instituciones de investigación como el Instituto Alemán de Investigación Batekke, la Warner-Lambert Company de los Estados Unidos y las universidades suizas han hecho grandes progresos en la conversión del almidón en almidón termoplástico para la producción de plásticos biodegradables. El Centro Nacional de Ciencias del Procesamiento y Envasado de Alimentos de Australia ha lanzado un termoplástico de almidón completo, que tiene buena fluidez, ductilidad, liberación de moho, suave, transparente, de alta resistencia y tasa de degradación controlable. Se puede utilizar para hacer películas agrícolas y alimentos. Película de embalaje y otros productos.
El almidón se modifica y plastifica por métodos químicos, y el almidón modificado obtenido tiene tres características: 1. Hidrofobicidad. El almidón es completamente hidrófobo después de la modificación química, y el contenido de humedad es<1%, which="" has="" good="" compatibility="" with="" other="" synthetic="" polymer="" materials.="" 2.="" temperature="" resistance.="" modified="" starch="" can="" withstand="" a="" high="" temperature="" of="" 230="" ℃="" during="" the="" thermoplastic="" processing="" without="" turning="" yellow="" or="" decomposing.="" 3.="" thermoplasticity.="" modified="" starch="" can="" be="" thermoplastic="" processed="" on="" plastic="" processing="" equipment.="" the="" starch-based="" plastics="" produced="" by="" the="" company="" are="" divided="" into="" two="" series:="" bio-based="" and="" biodegradable.="" according="" to="" different="" processing="" techniques,="" they="" are="" divided="" into="" blown="" film="" materials,="" injection="" molding="" materials,="" sheet="" materials="" and="" foam="" materials.="" they="" can="" replace="" ordinary="" petrochemical="" plastics="" and="" are="" widely="" used="" in="" industry,="" medicine,="" packaging="" of="" food,="" electrical="" appliances="" and="" other="" products,="" tableware,="" kitchenware,="" toys,="" and="" flower="" planting.="" in="" this="" way,="" a="" large="" amount="" of="" oil="" resources="" are="" saved,="" carbon="" dioxide="" emissions="" are="" reduced,="" and="" the="" harmless="" treatment="" of="" garbage="" is="" realized.="" it="" is="" also="" conducive="" to="" promoting="" agricultural="" development="" and="" farmers'="" income,="" and="" promoting="" the="" vigorous="" development="" of="" circular="">
Se informó el 12 de julio de 2018 que Yu Long desarrolló e industrializó con éxito todo el almidón de material biodegradable por primera vez en el mundo.
Ventajas del producto
En comparación con los productos plásticos tradicionales, las ventajas de los materiales y productos a base de almidón se muestran en los siguientes aspectos:
(1) Rendimiento similar: Tiene el mismo y similar rendimiento que los productos plásticos tradicionales del mismo tipo;
(2) Protección del medio ambiente: Los plásticos y productos de base biológica a base de almidón tienen las ventajas de ahorrar recursos petrolíferos y reducir las emisiones de dióxido de carbono; Los plásticos y productos biodegradables a base de almidón tienen las ventajas de ser completamente biodegradables, compostables y realizar el tratamiento inofensivo de la basura;
(3) Seguridad: Los materiales y productos a base de almidón no contienen plastificantes, bisfenol A, metales pesados y otras sustancias tóxicas y nocivas. Los materiales de calidad alimentaria cumplen los requisitos de las normas de plástico de calidad alimentaria nacionales y extranjeras pertinentes;
(4)Proceso de producción: No se descargan tres desechos durante el proceso de producción, y no se causará ninguna nueva contaminación al medio ambiente;
(5)Costo: Los materiales y productos plásticos de base biológica basados en almidón son los mismos que los productos plásticos de petróleo ordinarios, y el costo de los materiales y productos biodegradables a base de almidón es aproximadamente el doble que el de los plásticos de petróleo ordinarios.
Perspectivas de aplicación
Con el cambio gradual en la preferencia del consumidor por los productos plásticos, los materiales renovables respetuosos con el medio ambiente se han vuelto cada vez más populares en el mercado. Afectada por esto, la demanda de plásticos de base biológica 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 5.900 millones de dólares EE.UU. en 2020, lo que equivale a una tasa de crecimiento anual promedio del 20%.
Recientemente, el Parlamento francés aprobó leyes sobre transición energética y crecimiento verde. Además de reducir la proporción de energía nuclear en la estructura energética francesa, la nueva ley también contiene propuestas legislativas relacionadas con las energías renovables y los envases de plástico. Por ejemplo, las energías renovables aumentarán un 40 % para 2030 y las emisiones de dióxido de carbono se reducirán en un 40 % para 2030; las bolsas de embalaje ligeras utilizadas para el envasado de frutas y verduras deberán estar hechas de materiales de base biológica a partir del 1 de enero de 2017; Además, los envases de plástico utilizados para el correo comercial también se implementarán con las mismas normas al mismo tiempo. La última legislación del gobierno francés exige que la vajilla desechable, como platos, tazas y tenedores, debe estar hecha de materias primas de base biológica en lugar de materias primas a base de petróleo.
Los analistas de mercado de RnR Market Research han pronosticado recientemente que la demanda mundial de plásticos de base biológica aumentará a una tasa de crecimiento anual del 19% en los próximos cuatro años, y su demanda en el mercado alcanzará las 950.000 toneladas en 2017. Europa es el mayor mercado de consumo mundial de plásticos de base biológica. En 2012, el uso de plásticos de base biológica en esta región representó más de la mitad del total mundial. El informe de la encuesta muestra que, en comparación con los plásticos tradicionales, los consumidores de los países europeos están más inclinados a elegir nuevos productos plásticos de base biológica. Por lo tanto, se espera que la región siga liderando las clasificaciones de consumo de plástico de base biológica. En cuanto a los tipos, los plásticos a base de almidón y el ácido poliláctico seguirán siendo los plásticos de base biológica más demandados en los próximos años, y su consumo en el mercado representará más del 60% del total. RnR Market Research dijo que en los últimos años, varios países han emitido sucesivamente restricciones plásticas y han aumentado continuamente la supervisión del uso de plásticos tradicionales, lo que es propicio para aumentar aún más la demanda de plásticos de base biológica, especialmente plásticos a base de almidón.
En 2013, el Consejo de Estado emitió el "Plan de Desarrollo de la Bioindustria" (en lo sucesivo denominado "Plan"). El "Plan" señaló que la industrialización, promoción y aplicación de materiales de base biológica, productos químicos de base biológica y nuevos productos de fermentación se acelerarán, y también se establecerán productos de base biológica. Mecanismo de certificación, investigación y desarrollo del consumo de productos de base biológica
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