Os materiais são a base material para a sobrevivência e o desenvolvimento da humanidade, bem como o núcleo do progresso tecnológico. No entanto, a aplicação de materiais poliméricos penetrou em todos os aspectos da vida humana. Os dados mostram que em 2013 a produção de plástico global excedeu 280 milhões de toneladas, da qual a produção da China Mais de 60 milhões de toneladas, o consumo de mais de 70 milhões de toneladas. No presente, os mercados emergentes, a produção e o consumo de plásticos continuam a subir. Como os materiais biológicos baseados em biocombustíveis com materiais poliméricos tradicionais não possuem matérias-primas ecológicas e ecológicas podem ser Características renováveis e biodegradáveis, por isso tem boas perspectivas de mercado. Portanto, este artigo sobre o status da indústria natural de materiais de polímeros baseados em biocombustíveis e a emergência correspondente da mais recente tecnologia, desempenho e uso do produto para introdução detalhada para o leitor entender.
Primeiro, perfil de material de polímero à base de biologia
◆ 1 material polimérico baseado em biologia
Atualmente, os materiais poliméricos baseados em biologia são compostos de plataforma baseados em biocombustíveis, bio-plásticos, produtos de açúcares funcionais, compósitos madeira-plástico e outros produtos tanto a vida diária pode ser encontrada em necessidades diárias, como materiais de embalagem, produtos descartáveis, Também inclui materiais de liberação controlada de drogas de alta tecnologia, alto valor agregado e materiais de fixação óssea, e materiais de reparação de tecidos humanos e outros materiais bio-médicos, etc. Pode ser dividido nas três categorias a seguir:
(1) materiais poliméricos termoplásticos baseados em biologia: como PLA, amido termoplástico, fibras e materiais compósitos;
(2) materiais poliméricos termo-duráveis baseados em biologia: tais como resina epóxi, resina insaturada, adesivos, etc.
(3) aditivos poliméricos baseados em biologia: tais como retardadores de chama, plastificantes, agentes de nucleação, modificadores e assim por diante.
◆ 2. O propósito e significado do desenvolvimento de materiais poliméricos baseados em biologia
Segundo as estatísticas, cerca de 99% do material de polímero a partir de recursos fósseis, mas agora estão enfrentando crescente esgotamento da crise de recursos fósseis e problemas ambientais tornaram-se mais grave. Se você usar materiais de polímero de base biológica, em vez de produtos plásticos comuns, pode ser reduzida em 30% a 50% do consumo de recursos de petróleo, enquanto reduz as emissões de 50% a 80% de dióxido de carbono. neste contexto, a pesquisa e desenvolvimento de materiais de polímero bio-degradável em vez de materiais poliméricos à base de petróleo tendo um significado prático urgente. nos últimos anos Nos esforços ativos de governos e empresas relacionadas em vários países, materiais biológicos baseados em polímeros fizeram grandes passos.
Em segundo lugar, a classificação e introdução natural dos materiais poliméricos baseados em biocombustíveis
Como um dos importantes materiais de polímero de base biológica, materiais biológicos naturais refere-se a um organismo natural polímero à base (incluindo animais, plantas e microrganismos), ou misturados com outros recursos, o material polimérico modificado, possuindo uma ampla variedade de fontes, Reservas ricas, materiais renováveis, reciclagem ou degradação, mas a moldagem geral é difícil, as categorias principais são as seguintes:
◆ 1 material compósito em plástico de madeira
Os compósitos WPC são principalmente feitos de materiais plásticos (PP, PE, PVC, etc.) e seus plásticos de resíduos reciclados. Ao adicionar fibras de plantas residuais, como farinha de madeira, casca de arroz e palha misturado em um novo material de madeira, e, em seguida, por extrusão, moldagem, processo de moldagem por injecção de plástico para a produção de uma folha ou um perfil de características principais: os recursos de matérias-primas, produtos plastificados, da utilização de meio ambiente, a reciclagem economização custo O
Além disso, porque tanto a textura da água preservativo de madeira duas características de plástico e madeira, faz com que seja um bom desempenho e materiais de construção ao ar livre duráveis (pisos, cercas, fezes, jardim beira-mar ou paisagem); construção todos os tipos de cofragem usados no modelo de madeira-plástico é o mais consistente com materiais reciclados e requisitos ambientais, foi adotado em muitos construção chave, o modelo 2015 WPC tem mais de 100 milhões de metros quadrados.
◆ 2. Plásticos baseados em amido
O amido é um tipo de polímero de macromolécula natural, amplamente existente em plantas como milho, trigo, arroz, batata, mandioca, etc. Por sua molécula contém um grande número de grupos hidroxilo, as macromoléculas de amido possuem forte interação, levando ao amido original O processamento difícil de derreter e no processo de mistura com outros polímeros e outras compatibilidades poliméricas é fraco, mas estes hidroxilos podem ocorrer esterificação, eterificação, enxerto, reticulação e outras reações químicas, o uso dessas reações químicas Amido modificado quimicamente para reduzir o hidroxilo do amido para mudar sua estrutura original, alterando assim o desempenho correspondente do amido, o amido original em um amido termoplástico. Modificação geral, esterificação, transesterificação ou eterificação física, Reação de reticulação, mistura de materiais compósitos modificados, tais como a mistura de copolímero modificado.
Materiais compósitos de madeira plástica para materiais de construção ao ar livre
As fontes de plástico à base de amido de largura, barata, renovável, no solo e no ambiente natural podem ser completamente degradadas, não tóxicas, sem poluição, sem odor e a degradação não irá destruir a estrutura do solo. Atualmente, os produtos típicos de plástico de amido termoplástico Para o filme, são características transparentes, macias e não tóxicas, composições típicas de amido / degradável de polímero de amido / liga de PVA.
◆ 3. Celulose e seus derivados de plástico
A química e a indústria de celulose começaram há mais de 160 anos, é o principal período de nascimento e desenvolvimento de química de polímeros. O anel base de macromoléculas de celulose é a ligação glicosídica β-1, 4 de D-glucose composta de polissacarídeo macromolecular, que Composição química de 44,44% de carbono, hidrogênio 6,17%, oxigênio 49,39%, algodão é de alta pureza (98%) de celulose. O plástico de celulose, como um dos mais duros de plástico em termoplásticos, tem bom brilho, boa transparência, Dureza, resistência mecânica, boa estabilidade dimensional e outras características, e possui excelente resistência ao calor, isolamento elétrico, resistência às intempéries e propriedades químicas.
Os derivados de celulose são geralmente fibrosos brancos, granulares ou escamosos, e vários derivados de celulose são obtidos por diferentes métodos de celulose de alta pureza, geralmente nitrocelulose, acetato de celulose, acetato butirato de celulose, Ácido acético - propionato de celulose, etilcelulose, cianoetilcelulose, hidroxietilcelulose e outros vários.
O plástico de celulose é preparado pela celulose ou derivados de celulose acima mencionados destes compostos de polímeros naturais, através de tratamento químico, através de reações químicas, após adição de vários aditivos após a modificação física de uma classe de termoplásticos Os aditivos comuns são: plastificantes, estabilizadores, lubrificantes, enchimentos, corantes, solventes e assim por diante.
O plástico de celulose pode ser injeção, extrusão, moldagem, sopro, usinagem e outros processos podem ser feitos de pára-brisas, artigos de papelaria, filmes de embalagem, vidro de segurança militar, necessidades diárias, peças de câmera, gabinetes de rádio, material militar, isolamento elétrico Peças e produtos de higiene médica.
◆ 4. Proteína de plástico
Os plásticos de proteínas são um dos plásticos de polímeros baseados em biologia naturais mais amplamente utilizados no campo dos materiais biodegradáveis. Atualmente, as principais proteínas vegetais que são usadas em materiais biodegradáveis no país e no exterior são proteína de soja, proteína de milho, proteína de trigo , Sementes de girassol, etc., das quais a proteína de soja mais estudada. Atualmente, os métodos de processamento de materiais biodegradáveis de proteína de soja são dois: um é o processamento em úlceras, a solução de proteína modificada em breve, a película de fundição, o ar natural Secagem seca ou aquecida, a outra é processada a seco, que é proteína de soja modificada e uma certa quantidade de plastificante misturado uniformemente, sob a ação de força mecânica por extrusão, moldagem, sopro ou moldagem por injeção Métodos e tomar o molde apropriado Preparação de produtos de materiais degradáveis. As condições de moldagem são: pressão de moldagem, tempo de moldagem e temperatura de moldagem.
A proteína da soja é a proteína vegetal mais estudada em materiais biodegradáveis
Devido ao grande número de ligações de amida (-CO-NH-) na cadeia principal da molécula de proteína de soja, as cadeias laterais na molécula contêm mais resíduos de aminoácidos absorventes de água (-NH2, -COOH), o material possui um duro e quebradiço, altamente absorvente de água As características, portanto, a preparação de materiais deve ser modificada nas matérias-primas. Atualmente, métodos comuns para a modificação de materiais protéicos são modificações físicas, modificações químicas, modificação de plastificação de moléculas pequenas, modificação de mistura, etc. Esses métodos de modificação só mudam A estrutura molecular mais alta ou a conformação da molécula de proteína não tem efeito sobre a sequência de aminoácidos primária. O objetivo principal da modificação é melhorar as propriedades hidrofóbicas e mecânicas do material e melhorar a plasticidade e a fluidez do processamento do material.
Atualmente, os fatores que restringem o desenvolvimento de plásticos de proteínas de soja biodegradáveis são principalmente o preço é mais caro, é difícil de promover, o mecanismo de degradação do material não é muito claro, o controle preciso do tempo de degradação continua a ser melhorado, a avaliação do desempenho de degradação não foi unificada Standard. O foco da pesquisa em casa e no exterior se concentra principalmente na melhoria da tecnologia de processamento e na melhoria das propriedades mecânicas dos materiais. Alguns estudiosos utilizaram proteína de soja para preparar materiais biodegradáveis com boas propriedades mecânicas e certa resistência à água.
◆ 5 plásticos de lignina
O plástico Lignin é o uso de plástico de madeira e resina, plastificantes, enchimentos inorgânicos, compatibilizantes, pigmentos e outros componentes para misturar a preparação de materiais compósitos. Lignina é um polímero natural renovável, na natureza, lignina As reservas em segundo lugar apenas para celulose, a produção anual de 150 bilhões de toneladas, com vantagens biodegradáveis, renováveis, de baixo custo e não tóxicas, derivadas do papel de licor preto.
A indústria plástica exige uma grande quantidade de enchimentos e potenciadores a cada ano. Em comparação com enchimentos inorgânicos comuns, a maior vantagem da lignina reside no seu grupo funcional altamente reactivo na molécula. É conveniente unir quimicamente outros grupos funcionais necessários Com base no valor comercial da lignina em termos de produção física, química, industrial e plástica, é interessante desenvolver plásticos de lignina, incluindo lignina / PVC, lignina / resina fenólica (PF), lignina / Poliuretano (PU), lignina / polipropileno (PP), lignina / polietileno (PE) e semelhantes.
Atualmente, o foco da pesquisa de plásticos de lignina ainda é tecnologia de compatibilização, como melhorar facilmente e efetivamente a compatibilidade entre lignina e resina, é a chave para o uso em larga escala da lignina na indústria de plásticos. Além disso, a lignina A matriz é produzida por polimerização de enxerto para degradar completamente materiais poliméricos, tais como metacrilato de metilo enxertado com lignina e lignina como um monómero diretamente envolvido na reação, a síntese de resinas fenólicas, poliuretanos, poliésteres e poliimidas também são Nos últimos anos, o desenvolvimento de pontos quentes.
◆ 6. Chitina e derivados Plástico quitosano
◇ 6.1 chitina
A chitina, também conhecida como quitina, é amplamente encontrada em fungos de plantas inferiores, células de algas, conchas de camarão artrópode, caranguejos, vermes e insetos, conchas de marisco, moluscos (como lulas, chocos) e A cartilagem, as paredes celulares das plantas superiores, os recursos biossintéticos anuais até 10 bilhões de toneladas a 100 bilhões de toneladas, é o segundo maior recurso biológico na Terra após a fibra vegetal. A chitina por natureza na quitinase, Enzimas, quitosanases, como a biodegradação completa, para participar do ciclo de carbono e nitrogênio do ecossistema, o ambiente ecológico da Terra desempenha um importante papel regulador.
A quitina a partir da análise da estrutura química sabe que a quitina é a única carga positiva na natureza, um polímero natural. A natureza natural na maioria das vezes é sempre com sais inorganicos insolúveis em água e proteínas intimamente juntas. Pessoas Para obter a quitina, a casca do crustáceo é muitas vezes preparada por métodos químicos ou microbianos. Atualmente, a produção industrializada é muitas vezes realizada por métodos químicos, após tratamento ácido-base, remoção de sais de cálcio e proteínas e, em seguida, com álcoois fortes sob condições de aquecimento Para acetil, pode-se obter uma ampla gama de quitina solúvel (quitosana).
Atualmente, a chitina é muitas vezes extraída de camarão abandonado e cascas de caranguejo tanto no país como no exterior. O teor de quitina em camarões e cascas de caranguejo é de 20-30%, o conteúdo de substâncias inorgânicas (principalmente carbonato de cálcio) é de 40% e outras substâncias orgânicas (principalmente proteínas) O conteúdo é de cerca de 30%. A China é um grande recurso de recursos de quitina. Numa costa costa de Zhejiang, o camarão atingiu 670 mil toneladas, de acordo com 40% dos resíduos podem ser calculados 1 milhão de toneladas de quitina, o potencial de recursos é enorme. Álcool polivinílico com altas propriedades de barreira, o desempenho do filme pode atingir o desempenho de filmes plásticos comuns, pode ser biodegradável.
◇ 6.2 Plástico de quitosana
O quitosano é um produto solúvel em água do quitosano que foi desacetilado com álcali aquoso concentrado para se obter (1,4) -2-amino-2-desoxi-p-D-glucano. Brilho branco e ligeiramente pérola, Chitosan sólido translúcido sólido é um polímero catiônico, estabilidade química, cerca de 185 ° C decomposição, não tóxico, insolúvel em água e dente, solúvel em ácido sulfúrico, ácidos orgânicos (Como solução de ácido acético a 1%) e solução aquosa de ácido fraco. Dividida em ácido diluído para formar uma solução coloidal de sal de quitosano viscosa e transparente, então H + na solução que é combinada com os grupos amino na molécula para gerar um polímero carregado positivamente Acilação, carboxilação, hidroxilação, alquilação, esterificação (sulfatação), eliminação, azidação, formação de sal, hidrólise, quelação, oxidação, cloração, ramificação e reticulação podem ocorrer Etc. Através da aparência (o aspecto do mais branco, melhor), o grau de desacetilação (quanto maior o grau de desacetilação, melhor) dois indicadores de identificação de quitosana.
A quitosana pode ser misturada com outros materiais naturais de polímeros à base de biocombustíveis em plástico de quitosana, tais como misturas de quitosana e celulose, que podem ser utilizadas na produção de materiais de embalagem, filmes agrícolas, mudas, etc. Chitosan e amido Os filmes produzidos a partir de misturas de materiais compósitos são insolúveis em água e têm alta resistência à tração e podem ser utilizados em alimentos embalados.
Conclusão
Atualmente, os recursos petroquímicos estão cada vez mais esgotados e os problemas ambientais estão se tornando cada vez mais sérios. O uso de materiais biológicos baseados em biocombustíveis degradáveis em vez de materiais poliméricos de alto teor de petróleo é uma maneira importante de resolver a substituição de energia e um meio efetivo para melhorar o ambiente ecológico. Significado muito prático. Pesquisa e desenvolvimento de materiais naturais de polímeros baseados em biocombustíveis, um longo caminho a percorrer, o que exige que todos trabalhem juntos para promover ativamente seu desenvolvimento.