Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

5 августа 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

В этой части поговорим о полимерах на основе сои, которые в англоязычной литературе обозначаются как SP. Подобно крахмалу и целлюлозе, SP представляет собой недорогой и возобновляемый биополимер, который демонстрирует большой потенциал в полимерной промышленности в качестве замены нефтехимических полимеров во многих областях. SP коммерчески доступен в трех различных концентрациях SP: соевая мука (концентрация SP около 54%), концентрат SP (65-72%) и SPI (примерно 90%). Остальная часть SP – это в первую очередь углеводы. SP производится из обезжиренного соевого сырья. Концентрация белка достигается удалением (например, промывкой водой / кислотой / водным спиртом, осаждением и центрифугированием) большей части растворимых небелковых соединений, включая в основном растворимые углеводы, некоторые азотистые вещества и минералы.

Молекулы SP содержат 20 различных аминокислот с сильными меж- и внутримолекулярными взаимодействиями. Эти взаимодействия делают SP неплавким, и поэтому невозможно переработать SP как термопластичный полимер, если не будет применено достаточное количество пластификаторов, например, воды, глицерина, этиленгликоля, сорбита и т. д. Также используются другие технологические агенты, такие как триполифосфат натрия для прерывания ионных взаимодействий SP или сульфит натрия в качестве восстанавливающего агента для разрыва дисульфидных связей. Использование значительного количества пластификаторов приводит к низким механическим свойствам пластмасс соевых полимеров. С другой стороны, когда пластификаторы мигрируют из пластика SP во время хранения или обслуживания, материалы становятся очень хрупкими. Кроме того, гидрофильность соевых полимеров и пластификаторов приводит к низкой влагостойкости соевых полимеров. Смешивание пластмасс SP с биоразлагаемыми полимерами – естественный выбор для преодоления вышеупомянутых недостатков пластмасс SP. PCL, PLA, PBSA и политетраметиленадипат-котерефталат (PTAT) использовали для смешивания с SP. Эти полимеры были гидрофобными и поэтому не могли установить прочную межфазную связь с SP. В результате их смеси с SP показали плохие свойства.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

С другой стороны, простой полиэфир сложного эфира гидроксила может образовывать прочную водородную связь с SP. Следовательно, его смеси с соевыми полимерами показали лучшие свойства. Исследования показали, что при использовании небольшого количества биополиэфиров, привитых малеиновым ангидридом (МА), механические свойства, влагостойкость и условия обработки композитов соевых полимеров / биополистирола могут быть улучшены за счет усиления межфазных взаимодействий. Также обнаружили, что метилендифенилдиизоцианат (MDI) является эффективным компатибилизатором для увеличения прочности на разрыв смесей SP / PCL. Исследователи сравнили различные морфологии и свойства смесей SPI / PLA и SPC / PLA. SPC / PLA показал более тонкую фазовую структуру и более высокие механические свойства, чем SPI / PLA, благодаря более высокой совместимости SPC с PLA. Непрерывная структура была реализована в смесях SPC / PLA в широком диапазоне составов. Более того, после применения поли-2-этил-2-оксазолина (PEOX) в качестве агента, улучшающего совместимость, к обеим смесям SP, фазовая структура, механические свойства и водостойкость обеих смесей улучшились.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

Совсем недавно, введя уретановые и изоцианатные группы в PBS, учёные получили смеси SPI / PBS с существенно улучшенными фазовыми структурами и механическими свойствами. Авторы объясняют совместимость водородной связью между уретановыми группами (-OCONH-) в PBS и амидными группами (-CONH-) в SPI. Остаточные группы NCO в изоцианатсодержащем PBS также могут реагировать с группами NH2 в SPI, что дополнительно усиливает межфазную связь между двумя фазами. Низкую прочность пластиков SP также можно исправить с помощью целлюлозных волокон и наноразмерных армирующих наполнителей. Исследователи обнаружили, что волокна необработанного растительного сырья могут улучшать механические (на растяжение, изгиб и удар) и термические свойства пластмасс SP. Предварительная щелочная обработка волокон сырой травы удалила гемицеллюлозы и лигнин, что привело к большему соотношению длины и диаметра волокон и лучшему диспергированию волокон. Это, в свою очередь, привело к еще более высоким механическим и термическим свойствам композитов SP / обработанное растительное сырье.

Пластмассы SP также были усилены CNW. Были подготовлены композиты соевый полимер / нановискеры путем диспергирования в растворе, сублимационной сушки и горячего прессования. Композиты показали повышенную прочность на разрыв и модуль упругости, а также улучшенную водостойкость и термическую стабильность. Авторы приписывают эти свойства сшивке, вызванной межмолекулярными водородными связями между нитевидными кристаллами целлюлозы и матрицей SPI. Также были получены нанокомпозиты SP / ММТ комбинированным методом водной дисперсии и экструзии из расплава. Было показано, что MMT сильно расслаивается в матрице SP при низких концентрациях MMT (менее 12%). Выше этого диапазона ММТ был интеркалирован. Механическая прочность и термическая стабильность композитов SPI / MMT были значительно улучшены за счет тонкой дисперсии слоев MMT и сильных ограничивающих эффектов на границах раздела, которые были созданы поверхностным электростатическим взаимодействием между положительно заряженными структурами SP и отрицательно заряженными слоями MMT, а также водородной связью между группами -NH и Si-O.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

SP был также смешан с другой важной категорией наноусиливающих агентов, УНТ (углеродными нанотрубками), для улучшения свойств. Многослойные УНТ (MWCNT) различных размеров были смешаны с SP в растворе, высушены и спрессованы в листы. Различные степени улучшения прочности на разрыв, модуля упругости, удлинения и водостойкости наблюдались для композитов с различными размерами и концентрациями MWCNT. Также были определены оптимальные размер и концентрация нанотрубок. В зависимости от размера (внутренний и внешний диаметры MWCNT) авторы выдвинули гипотезу о двух микроструктурах SP-MWCNT: это молекулы SP, наматывающиеся на MWCNT (маленькие нанотрубки), и молекулы SP, проникающие во внутренние каналы MWCNT (большие нанотрубки). В следующей части мы рассмотрим биоразлагаемые полимеры, получаемые из возобновляемых ресурсов. В отличие от уже рассмотренных природных полимеров, которые могут быть получены непосредственно в природе, некоторые полимеры недоступны вовсе (или доступны в малозначимых количествах) в природе, но могут быть произведены искусственно из природных биологических источников. PLA и PHA – два наиболее важных полимера в этой категории. За последние два десятилетия они получили интенсивный исследовательский интерес и находят все больше и больше применений благодаря своим уникальным сочетаниям свойств.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 4

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.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад