福州工程机械网

当前位置:主页 >> 矿山机械

生物降解塑料的开发与应用下

发布时间:2021年08月18日    点击:[0]人次

生物降解塑料的开发与应用(下)

2.2.1.2氢键缔合法

氢键缔合法就是将淀粉同其他含有能与淀粉大分子葡萄糖残基上的羟基形成氢键结合基团的合成 聚合物[如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸或聚丙烯酸酯等]进行混炼,使之构成淀粉塑胶原料,而后仍照常法生产塑料制品。

Oteyd等20年来一直在研究乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)与淀粉的共混。EAA与淀粉及聚乙稀(PE)均有较好的相容性。他们比较了不同的共混方法,发现用水分散共浓缩法制得的试样比干混效果好;在干混法中,预处理过的淀粉(如含黄原酸的淀汾)比原淀粉共混效果好。此后的研究一直致力于改善物理性能及降低成本。采用的方法有:用含铵盐的EAA与淀粉干混,共混物可吹塑成膜;把一定量的氨水加到被分散的共混体中,制得半干的淀粉EAA共混物,然后在挤出机上反复挤出干燥,再加上一定量的LDPE共混制得PE吹塑膜;采月NaOH取代氨水作共混促进剂,得到的共混吹塑膜在强度和透光性方面均比氨水好。后来Oteyd等提出了半干混法,以氨水和尿素作共混促进剂得到淀粉一PE吹塑膜,其淀粉和LDPE的质量分数都不应超过40%。

PVA也可同淀粉形成氢键缔合,为了提高混炼时2种聚合物的相容性及产品的透光度,常对PVA作改性处理。先使PVA在PH3.O及添加硫代硫酸钾的条件下与丙烯酞胺和丙烯酸进行嵌段共聚,然后将嵌段共聚物与淀粉按3:7的配比调成含固量10%(质量分数)的溶液,在90~95℃下搅拌1 h后淀粉完全胶凝化成均一溶液,铸塑成膜。

2.2.1.3 掺和法

掺和法就是把淀粉或改性淀粉直接加入普通合成树脂中。前2种方法是化学结合,而掺和法则是物理结合,在显微镜下还可以看到分开的相。为提高淀粉和树脂的相容性,可借助相容剂或对淀粉进行改性处理。该法已用于PE、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)中。当用作PE、PP的掺和物时,为提高其相容性,可以用润滑油或石蜡对淀粉进行预处理。例如,使含水1%(质量分数)的玉米淀粉同石蜡混合后再与PE混合,可获得50μm的薄膜。生物降解试验表明其降解速度与淀粉含量成正比。微量元素的加入更有利于降解。当用作PS的掺和物时,需要将淀粉进行改性处理。例如,用过渡金属辛烯基琥珀酸盐改性的玉米淀粉与PS共混的产物将显著地保留机械强度,而且过渡金属半酯酸盐有良好的光敏特性,实现了集良好的生物降解和光降解特性于一身。最佳工艺条件为搅拌速度40r/min、温度185℃、淀粉质量分数7%~1 5%。

2.2.2 甲壳素

甲壳素又称甲壳质,是虾、蟹等甲壳类动物或昆虫外壳和菌类细胞壁的主要成分,在自然界储量十分丰富,产量仅次于纤维素。甲壳素不溶于水、普通有机溶剂。作为生物降解材料时,主要是将甲壳素在碱性条件下脱乙酰化生成壳聚糖。壳聚糖易溶于甲酸、乙酸等有机酸中,易于改性和加工。壳聚糖可以和其他高分子材料共混制成生物降解材料。例如 壳聚糖的醋酸水溶液、PVA水溶液、甘油按一定比例混合,流延到平板模具上,经干燥除去溶剂得到生物降解塑料膜,可望用于食品包装等方面。

2.2.3 纤维素

纤维素塑料主要是指纤维素与其他材料共混,如纤维素衍生物、壳聚糖、蛋白质、聚乙烯醇等。日本四国技术试验所将粉碎的微细纤维素、壳聚糖醋酸水溶液、增塑剂等搅拌均匀后至玻璃板等上流延,干燥成膜,其气密性是PE的10~100倍,拉伸强度是PE的10倍,撕裂强度与玻璃纸相似。这类材料具有完全生物降解性、良好透气性,但属非热塑性材料,不易用吹塑等成型方法加工,性能有待改进,用途有待开发 。

2.3微生物合成

微生物合成类,以有机化合物作为碳源食物,许多细菌、藻类等微生物具有合成生物降解脂肪族聚酯的能力。该类合成材料中较有代表性的产品有英国ICI公司开发的3一羟基丁酸和3一羟基戊酸共聚物(PHBV)。其中3一羟基戊酸占0~30%(质量分数)商品名为Biopol。Biopol的机械特性好,耐热性优良,耐水性、耐油性和气体屏障性也很好。在好气和厌氧条件下均显示良好的生物降解性,最后分解为二氧化碳和水;在空气中和净水中不会降解,是安全和稳定的。该材料目前主要问题是价格昂贵,为常用塑料价格的4~5倍,因此用途受到极大限制。

3 生物降解塑料存在的问题

生物降解塑料存在的问题:(1)价格高,生物降解塑料的价格要高出普通塑料2~1 5倍,较难推广应用,正如Dupont公司总裁Jimstoppert所说:最重要的是要在价格和性能上有竞争力,只有在价格和性能上超过传统塑料,生物降解塑料的地位才会得到承认。可喜的是已有科学家利用转基因植物生产PHB(聚羟基丁酸酯),可大大地降低生物降解塑料的成本。(2)生物降解塑料的降解控制问题有待于解决,如作为包装材料要求有一定的使用期,而医用材料要求降解快。(3)生物降解性评价问题,该问题是普及生物降解材料的一个重要课题,生物降解性评价及试验方法要求能与生物降解性定义一致地评价生物降解塑料,我国目前还没有统一的国标、部标和行标,使得降解塑料课题上马、成果鉴定和技术转让缺乏必要的依据和准则。

4 生物降解塑料的发展方向

(1)利用纤维素、淀粉、甲壳质等天然高分子材料制取生物降解塑料,进一步开发改良天然高分子酒的功能与技术。国家自然科学基金委员会已将以天然聚多糖大分子(纤维素、淀粉等)为原料制备环境可完全降解的高分子材料列入1999年度重点项目(环境友好材料)。(2)利用高分子设计、精细合成技术合成生物降解塑料。通过对具有生物降解性的合成高分子生物降解机理的解析,制取生物降解塑料;同时对这类高分子与现有通用聚合物、天然高分子、微生物类聚合物等的嵌段共聚进行研究开发。(3)通过微生物的培养获得生物降解塑料。寻找能生产高分子塑料的微生物,发现新的高分子,并解析其合成机理,同时通过现有方法及基因工程的手段提高其生产性,研究高效的培养微生物的方法。(4)提高生物降解塑料的生物降解性能和降低其成本,并拓宽应用。(5)充实、完善和继续研究、开发生物降解的评价方法,搞清降解机理。(6)降解速度的控制研究。总之,随着人们对环保的呼声越来越高,生物降解塑料的研究和应用,会越来越受到世界各国的重视,生物降解塑料将成为今后一个时期的重大研究课题。

5 结束语

在国际上,为了促进降解塑料的使用和推广,在加大生物降解塑料研究的同时,许多发达国家先后立法或禁用“短期使用”的普通塑料。在我国,国家经贸委也发布了1 999年第6号令,规定一次性非降解发泡塑料餐具的淘汰期限为2000年底以前。加之石油资源日益枯竭,发展非石油基生物降解塑料具有极其广阔的发展前景。

声明:

本文来源于网络版权归原作者所有,仅供大家共同分享学习,如作者认为涉及侵权,请与我们联系,我们核实后立即删除。