Polímero a base de almidón
El polvo no tiene una verdadera termoplasticidad, pero puede usarse para inyección mediante la adición de plastificante (agua, glicerina, sorbosa, etc.), cizallamiento, alta temperatura (90 ° C ~ 180 ° C), que puede derretir y licuar el almidón . , extrusión, equipos de moldeo por soplado, como plásticos sintéticos. Esta combinación (almidón, agua, calor) asegura la gelatinización del almidón, es decir, la descomposición del tejido granular. A medida que la molécula solicita la escisión del enlace de hidrógeno, el almidón se gelatiniza para formar una suspensión viscosa, es decir, se forma un polímero a base de almidón.
nombre chino
Polímero a base de almidón
Matriz
almidón
formas de producir
Fundición de disolución
Nombre extranjero
Polímero amiloide
Inicio de producción
Extracción de almidón
Degradabilidad
Completamente biodegradable
Cabeza
grabar
1 modificación de almidón
2 producción de polímeros a base de almidón
Inicio de producción
Modificación no estructurada
3 polímeros biodegradables
4 mecanismos de degradación de polímeros a base de almidón
1 editor modificado con almidón
El almidón existe en forma de partículas, con áreas cristalinas y amorfas. Dado que muchas propiedades del almidón original no pueden cumplir los requisitos de las aplicaciones prácticas, como la estabilidad térmica de la viscosidad, las propiedades de gelatinización, la solubilidad, etc., se adoptan medidas físicas, químicas y bioquímicas. El método cambia las propiedades estructurales, físicas y químicas del almidón original para producir propiedades y usos específicos.
El tamaño de los gránulos de almidón está relacionado con el grosor de la película de la que está hecho el plástico de almidón. Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero cuando el almidón natural seco se coloca en agua fría, se someten a un proceso de hinchamiento reversible limitado, en cuyo momento las moléculas pequeñas solo entran en los gránulos de almidón. La porción amorfa, en combinación con el grupo hidrofílico libre, hace que el almidón se hinche de los gránulos de almidón para mantener las características originales y la birrefringencia de los cristales. Si la suspensión de almidón se calienta a un cierto tamaño de partícula, los gránulos de almidón se expanden repentinamente y la suspensión se convierte en una solución gelatinosa viscosa. Este fenómeno se llama gelatinización de almidón, y el rendimiento de la gelatinización de almidón está estrechamente relacionado con la fabricación de plásticos de almidón. Como el almidón no tiene plasticidad, debe modificarse para cambiar las propiedades estructurales, físicas y químicas del almidón original, lo que da como resultado plataformas y usos específicos. El almidón tratado se denomina colectivamente almidón modificado. Muchas propiedades físicas del almidón modificado, como la solubilidad, la viscosidad, la velocidad de expansión, la fluidez, la coagulación y la sensibilidad al calor en el agua, son superiores al almidón original y algunas características nuevas, como la súper absorción de agua, la insolubilidad del agua, la plasticidad, etc. son propiedades que no posee el almidón original, y estas características se pueden usar para desarrollar nuevos productos.
2 edición de producción de polímeros a base de almidón
Inicio de producción
La producción de polímeros de almidón comienza con la extracción de almidón, que depende de la fuente de la planta de almidón, seguido de la separación de las fibras, el blanqueo y el secado para producir almidón puro. Dependiendo de las propiedades del polímero de almidón deseado, el almidón se modifica químicamente antes y después del secado para convertirse en un material termoplástico, que solo puede lograrse mediante una extrusora, mediante extrusión y mezcla continua o una etapa de mezcla de extrusión combinada.
En el pasado, el principal método de producción para los plásticos de almidón era la fundición por disolución. En este método, el almidón se disuelve en un disolvente adecuado para permitir que la solución viscosa fluya lo suficiente como para asegurar una rápida dispersión en la superficie de la colada. Después de que la solución se moldea, la película se obtiene al secarse. La técnica utilizada por los investigadores tiene varios inconvenientes, a saber, pequeños rendimientos de película y largos tiempos de producción. Industrialmente, la alimentación se realiza mediante pequeñas rendijas en un gran tambor giratorio o moviendo una correa de metal. Se puede usar una máscara para eliminar solventes orgánicos del área de trabajo.
Modificación no estructurada
Además de ser utilizado como relleno en plásticos reforzados, el almidón natural tiene pobres propiedades de procesamiento térmico, y es necesario realizar una modificación no estructural del almidón para ser un bioplástico. Además, debe mezclarse con otros polímeros y plastificantes para mejorar las propiedades mecánicas y las propiedades de barrera. El principal agente no estructurado es el agua, que desempeña dos funciones, promoviendo la gelatinización del almidón (hinchamiento del almidón por la destrucción de la mayoría de los enlaces de hidrógeno entre las macromoléculas para formar un parche adhesivo) y como plastificante. Sin embargo, además del agua, se necesita un plastificante adicional para reducir la temperatura de fusión.
Para el almidón seco puro, la temperatura de fusión varía de 220 ° C a 240 ° C, y este rango incluye la temperatura de inicio de descomposición del almidón. Si se agrega un plastificante no volátil, como un poliol, la temperatura de fusión se reduce, y bajo alta temperatura y cizallamiento, el almidón se puede procesar en un termoplástico termoplástico llamado almidón termoplástico (TPS). Además, el crecimiento de microorganismos se puede restringir reduciendo la actividad del agua de la membrana. En el procesamiento de termoplásticos, el agua contenida en el almidón y el plastificante agregado desempeñan un papel indispensable, ya que pueden formar enlaces de hidrógeno con almidón, reemplazando la fuerte interacción entre los grupos hidroxilo moleculares del almidón, convirtiéndose así en una especie de termoplástico .
3 edición de polímeros biodegradables
Con respecto a los polímeros de base biológica o biodegradables, es importante demostrar la biodegradabilidad de estos materiales. La Sociedad Estadounidense de Ensayos y Materiales y la Organización Internacional de Normalización definen los plásticos que sufren cambios estructurales químicos importantes en entornos específicos como plásticos biodegradables. Probados de acuerdo con métodos estándar, estos cambios resultan en la pérdida de propiedades físicas y químicas. El polímero de base biológica puede ser un polímero biodegradable o un polímero no biodegradable. Por ejemplo, los polímeros a base de almidón son generalmente biodegradables, mientras que el ácido poliláctico cristalino es casi no degradable. Actualmente, los científicos se centran en tres tipos principales de materiales poliméricos.
El primer tipo es un plástico tradicional biodegradable. Cuando la superficie del material polimérico está en contacto con el suelo, el material se degradará suavemente. El micromaterial en el suelo no puede degradar las partículas de plástico, pero causa un colapso rápido de la matriz de soporte. Este material generalmente tiene una matriz indestructible a base de petróleo que está reforzada por carbono o fibra de vidrio.
La segunda categoría son materiales poliméricos parcialmente degradables que se degradan más rápido que los plásticos sintéticos convencionales. Un método típico de producción para tales plásticos involucra el rodear de fibras naturales alrededor de una matriz convencional (a base de petróleo). Cuando se procesan, los microorganismos pueden consumir macromoléculas naturales en el cuerpo. Lo que queda es un material que está debilitado en su estructura, con bordes ásperos y apertura para una mayor degradación.
La tercera categoría, la última categoría, es actualmente un material polimérico que es de gran interés para los investigadores y la industria. Estos plásticos son completamente biodegradables, la matriz polimérica se deriva de materiales naturales como el almidón, los polímeros de crecimiento microbiano, y las fibras de refuerzo se derivan de cultivos comunes como el lino y el cáñamo. En condiciones apropiadas de temperatura, humedad y oxígeno, la biodegradación hace que el plástico se descomponga en sustancias residuales no tóxicas o respetuosas con el medio ambiente, que luego se descomponen completamente en dióxido de carbono y agua por los microorganismos.
Edición de 4 mecanismos de degradación de polímeros basados en almidón
El mecanismo de degradación del polímero no es muy claro. En general, se cree que el mecanismo de biodegradación no es un mecanismo único, sino una acción biofísica y bioquímica compleja, acompañada de otros efectos físicos y químicos como la hidrólisis y la oxidación, la acción biológica y la química física. Los roles se promueven entre sí y tienen un efecto sinérgico. El almidón es dos polímeros biodegradables naturales que se descomponen en glucosa bajo la acción de microorganismos y finalmente se metabolizan en agua y dióxido de carbono.
La degradación de los polímeros a base de almidón se puede dividir en dos procesos: el almidón es atacado por microorganismos como hongos y bacterias, desaparece gradualmente, y se forma una estructura de fractura porosa en el polímero, y la resistencia mecánica disminuye, lo que aumenta la superficie área del polímero, facilitando así la descomposición natural adicional; La degradación del almidón desencadena la acción del prooxidante y el autooxidante, que pueden cortar la cadena larga del polímero y hacer que la masa molecular relativa del polímero sea más pequeña hasta que la masa molecular relativa del polímero sea lo suficientemente pequeña como para ser metabolizada por microorganismos, y finalmente agua. está formado Los compuestos de moléculas pequeñas como el dióxido de carbono entran en el ciclo de la naturaleza. Estos dos procesos se refuerzan mutuamente.
La biodegradabilidad de los plásticos degradables a base de almidón se produce debido a la presencia de una fase continua de almidón, lo que garantiza que los microorganismos y las enzimas se acerquen rápidamente al contenido de almidón de la membrana.
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