Каталог товаров
Каталог продукции Весь каталог >>
Корзина пуста

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 2

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 2
Иконка

Продолжая разговор о термопластичном крахмале (TPS), отметим, что когда влажность и температура постоянны, механические свойства TPS зависят от срока хранения продуктов. Прочность на растяжение TPS увеличивается после того, как продукт хранится в течение 5 недель при постоянной влажности и температуре. Это связано с зависимой от времени ретроградацией (посткристаллизацией) крахмала в присутствии воды и глицерина. Зависящие от времени свойства TPS являются комбинированным результатом ретроградации крахмала, флуктуации содержания воды и диффузии пластификатора (например, глицерина). Эти факторы трудно контролировать во время хранения и использования TPS. В результате TPS редко используется отдельно, но часто смешивается с гидрофобными термопластичными полимерами для образования крахмалсодержащих полимерных смесей, так что можно улучшить механические характеристики, влагостойкость и стабильность размеров TPS.

Первое время при работе с крахмалосодержащими полимерными смесями сухие крахмальные гранулы использовались непосредственно в смесях в качестве наполнителя. Поскольку большинство полимеров являются гидрофобными, гидрофильный крахмал термодинамически не смешивается с этими полимерами и, следовательно, приводит к слабой межфазной связи между крахмалом и полимерной матрицей. Это, в свою очередь, приводило к плохим механическим свойствам смесей, например, низкой прочности на растяжение, низкому удлинению и хрупкости. Ввиду этого была проведена совместимость между гранулами крахмала и полимерной матрицей. Малеиновый ангидрид (МА) является наиболее часто используемым, а также является одним из наиболее эффективных связующих агентов для крахмалсодержащих смесей. В литературе как биоразлагаемые полимеры, например, этиленвинилацетат (EVA), полиэтилен низкой плотности (LDPE) и полиэтилен высокой плотности (HDPE), так и небиоразлагаемые полимеры, например, PBS, PCL и PLA, функционализировали с помощью МА и использовали в качестве компатибилизаторов в соответствующих смесях крахмал-полимеров. Заметное увеличение прочности было достигнуто после добавления совместителей. Модуль и удлинение смесей были затронуты относительно меньше.

Картинка

По сравнению с гранулированным крахмалом TPS предлагает большое преимущество в обрабатываемости материала и контроле морфологии, поскольку TPS может быть деформирован и диспергирован до гораздо более тонкого состояния, чем сухой природный крахмал. Микроструктуры, улучшающие свойства, такие как непрерывная структура, могут быть сформированы во время смешивания в расплаве. Полимеры, используемые для смешивания с TPS, включают LDPE, полистирол (PS) и наиболее часто биоразлагаемые полимеры, такие как сложные эфиры, полиуретан (PU) на основе касторового масла, полиэфир амида, PCL и поли-3-гидроксибутират-гидроксивалерат (PHBV). В общем, типичные недостатки TPS, такие как восприимчивость к влаге, хрупкость и низкая прочность были уменьшены в различной степени путем смешивания с этими полимерами. Однако механические свойства этих смесей по-прежнему снижались по мере увеличения содержания TPS. Это ограничивало содержание TPS в смесях, если необходимо максимально поддерживать прочность матрицы. Однако отчеты о совместимости между TPS и полимерной матрицей на удивление редки.

Картинка
Иконка

Используя двухшнековый экструдер, специалисты сначала прививали MA к PLA путем прививки свободных радикалов, а затем позволяли полученному MA-g-PLA реагировать с TPS. В экструдатах TPS PLA-g-MA было показано, что TPS диспергируется в гораздо более тонком состоянии, чем в смеси PLA / TPS без прививки MA. Прочность на растяжение и модуль не показали очевидных изменений с или без прививки МА. Однако удлинение было значительно увеличено при использовании PLA-g-MA. Помимо использования в качестве дисперсного компонента в полимерных смесях, TPS также использовался в качестве матричного полимера и был армирован натуральными волокнами. Композит TPS / волокно, полученный прессованием, показал улучшенную прочность на растяжение. Прочность увеличилась с 4 МПа (чистый TPS) до 8 МПа при содержании волокна 10%. Также готовый композитный материал на основе TPS обрабатывали путем экструзии. Композит продемонстрировал предел прочности на разрыв 15 МПа при содержании волокна 20%, утроив прочность неармированного TPS. Используя эмульсионную смолу на основе крахмала, компания Ochi подготовила однонаправленные композиты из крахмала, армированного непрерывным конопляным волокном. Предел прочности при растяжении 365 МПа был получен при самом высоком содержании волокна 75%.

В последние годы наноглину также изучали на предмет ее влияния на механические и барьерные свойства смесей TPS и TPS / полимер. Например, сообщалось об увеличении прочности на разрыв на 70% нанокомпозитных пленок TPS / гекторит на уровне глины 30%. Также сообщалось о повышенных механических свойствах нанокомпозитных пленок картофельный крахмал / монтмориллонит (ММТ). Наблюдалось и увеличение прочности на растяжение и деформации на 450% и 20% соответственно после добавления 5% глины к нанокомпозитам кукурузный крахмал / MMT. Сравнительно недавно сообщалось о значительном увеличении прочности на растяжение (до 92% выше) и снижении проницаемости водяного пара (до 67% ниже) пленок TPS / MMT, полученных экструзией из расплава и последующей отливки. Крахмал также может вспениваться водяным паром для получения компостируемых упаковочных пен. Чтобы обеспечить водостойкость, в качестве вспенивающего материала можно использовать ацетилированный крахмал, который является менее полярным материалом и более водостойким. Для этой же цели TPS также сначала смешивают с гидрофобными полимерами (например, PHBV, PCL, PBS, PVA и PLA) и затем вспенивают. Помимо водяного пара, CO2 также используют в качестве пенообразователя в пенопластах TPS / PLA.

Картинка

Следующий интересующий нас биоразлагаемый полимер — это целлюлоза. Целлюлоза является наиболее распространенным возобновляемым биополимером на земле. Около 33% всего растительного вещества составляет именно целлюлоза. Самая чистая натуральная форма целлюлозы — это хлопок, в котором ее содержание составляет примерно 90%. Древесина содержит около 50% целлюлозы. Целлюлоза также может быть синтезирована некоторыми бактериями. Целлюлоза представляет собой полисахарид, имеющий молекулярную структуру, аналогичную крахмалу. Однако D-глюкозные звенья связаны b-гликозидными связями в целлюлозе вместо a-гликозидных связей в крахмале. Благодаря этой b-гликозидной связи молекулы целлюлозы принимают расширенную и жесткую палочковидную конформацию. Множественные гидроксильные группы из одной цепи образуют водородные связи с молекулами кислорода в другой цепи, прочно удерживая цепи рядом друг с другом и образуя элементарные кристаллиты (целлюлозные нановискатели, CNW) с исключительно высокой прочностью на растяжение. Эти нановискеры, заключенные в аморфную гемицеллюлозу и лиглин, образуют микрофибриллы и далее клеточную стенку растительных клеток. В следующей главе продолжим рассказ о структуре и свойствах целлюлозы.

Картинка
Иконка
Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.
Автор

Автор: Ольга Борисова

Дата: 4 Авг 2020 00:00

Комментариев нет

  Читайте также Особенности взаимодействия молекул флокулянта с растворителями Что вы хотели знать о монтаже трубопроводов. Монтаж полипропиленовых труб Возможность совмещения разных пластиков в одной трубопроводной системе Обработка нефтесодержащих стоков физико-химическими методами О монтаже труб из полибутена. Часть 2 Вернуться назад
Пройти опрос о качестве сайта