Материал является материальной основой выживания и развития человечества, но и основой технического прогресса. Сегодня применение полимерных материалов проникло в каждый аспект человеческой жизни. Данные показывают, что в 2013 году глобального производства пластмасс более 280 миллионов тонн, из которых выхода Китая Более 60 миллионов тонн, потребление более 70 миллионов тонн. В настоящее время развивающиеся рынки, производство и потребление пластмасс продолжают расти. Поскольку природные биополимерные материалы с традиционными полимерными материалами не имеют зеленого, экологически чистого сырья, можно Возобновляемые и биоразлагаемые характеристики, поэтому у этого есть хорошая перспектива рынка. Поэтому эта статья о состоянии естественной биотехнологической промышленности полимерных материалов и соответствующем появлении новейших технологий продукта, производительности и использования для детального введения для понимания читателем.
Во-первых, профиль материала на основе биополимеров
◆ 1 биополимерные материалы
В настоящее время биологические полимерные материалы представляют собой биологические платформы, биопластики, функциональные сахарные продукты, древесно-пластиковые композиты и другие продукты, и повседневная жизнь часто может быть обнаружена в повседневных потребностях, таких как упаковочные материалы, одноразовые товары, Также включает высокотехнологичные материалы с высоким содержанием медикаментов с контролируемым высвобождением и материалы для фиксации костной ткани, а также материалы для ремонта тканей человека и другие биомедицинские материалы и т. Д. Можно разделить на следующие три категории:
(1) термопластичные полимерные материалы на основе биомассы: такие как PLA, термопластичный крахмал, волокнистые и композиционные материалы;
(2) биореактивные термореактивные полимерные материалы: такие как эпоксидная смола, ненасыщенная смола, адгезивы и т. Д .;
(3) добавки на основе биополимеров: такие, как антипирены, пластификаторы, зародышеобразователи, модификаторы и так далее.
◆ 2. Цель и значение разработки биоматериальных полимерных материалов
Согласно данным, почти 99% материалов из макромолекул поступают из нефтехимических ресурсов, но сейчас нефтехимические ресурсы сталкиваются с все более истощающимся кризисом, и проблема защиты окружающей среды ухудшается. Если использовать вместо биологических полимерных материалов вместо обычных пластмассовых изделий, это может уменьшить 30% ~ 50% потребления нефтяных ресурсов, при одновременном снижении выбросов двуокиси углерода на 50% ~ 80%. В этом контексте исследования и разработка биоразлагаемых полимерных материалов на основе биоматериалов для замены полимерных материалов на основе нефти имеют срочное практическое значение. В последние годы В активных усилиях правительств и связанных с ними предприятий в различных странах, биоматериалы на основе полимерных материалов добились больших успехов.
Во-вторых, классификация и внедрение натуральных биосодержащих полимерных материалов
В качестве одного из важных компонентов биологического полимерного материала природный биологический полимерный материал относится к полимерному материалу, который смешивается и модифицируется природными организмами (включая животные, растения и микроорганизмы и т. Д.) Или другими ресурсами и имеет широкий спектр источников, Богатые запасы, возобновляемые материалы, рециркуляция или деградация, но сложное основное формование, основные категории:
◆ 1 деревянный пластиковый композиционный материал
Композиты WPC в основном изготовлены из пластмасс (ПП, ПЭ, ПВХ и т. Д.) И их переработанных отходов пластмасс. Добавляя отходы растительных волокон, таких как древесная мука, рисовая шелуха и солома Смешивается в новые древесные материалы, а затем экструзией, литьем, литьевым формованием и другой технологией переработки пластмасс для производства плиты или профиля. Основные особенности: переработка сырья, пластификация продукта, использование защиты окружающей среды, экономичность, рециркуляция из.
В то же время пластик и древесина как вода, так и коррозия древесины и текстура двух характеристик древесины, что делает ее хорошей производительностью и очень прочными наружными строительными материалами (полы, заборы, табуреты, сады или ландшафт набережной и т. Д.), Среди различных шаблонов, используемых в проекте, WPC-шаблон является наиболее подходящим материалом для утилизации и защиты окружающей среды в настоящее время. Он был принят во многих ключевых строительных проектах. В 2015 году применение шаблонов WPC превысило 100 миллионов квадратных метров.
◆ 2. Пластмасса на основе крахмала
Крахмал - своего рода природный макромолекулярный полимер, широко распространенный в растениях, таких как кукуруза, пшеница, рис, картофель, маниока и т. Д. Из-за своей молекулы содержит большое количество гидроксильных групп, поэтому макромолекулы крахмала имеют сильное взаимодействие, что приводит к исходному крахмалу Трудно переработать в расплаве и в процессе смешивания с другими полимерами и плохой совместимостью с другими полимерами, но эти гидроксильные этерификации могут происходить, этерификация, прививка, сшивание и другие химические реакции, использование этих химических реакций Крахмал, химически модифицированный, чтобы уменьшить гидроксил крахмала, чтобы изменить его первоначальную структуру, тем самым изменив соответствующие характеристики крахмала, исходный крахмал в термопластичный крахмал. Обычно физическая модификация, этерификация, переэтерификация или этерификация, Реакция сшивания, смешивание модифицированных композиционных материалов, таких как смешивание модифицированного сополимера.
Пластмассовые деревянные композитные материалы для наружных строительных материалов
Крахмальные пластиковые источники широкого, дешевого, возобновляемого, в почве и природной среде могут быть полностью и быстро деградированы, нетоксичны, без загрязнения, без запаха и деградации не разрушают структуру почвы. В настоящее время типичные термопластичные крахмальные пластмассовые изделия Для пленки это прозрачные, мягкие, нетоксичные черты, типичные крахмальные / разлагаемые полимерные композиты, крахмал / PVA сплав.
◆ 3. Целлюлоза и ее производные пластмассы
Целлюлозная химия и промышленность начались более 160 лет назад, это основной период рождения и развития химического состава полимера. Основным кольцом макромолекулы целлюлозы является D-глюкоза β-1, 4 гликозидная связь, состоящая из макромолекулярного полисахарида, которая Химический состав 44,44% углерода, водород 6,17%, кислород 49,39%, хлопок - это высокая чистота (98%) целлюлозы. Целлулозный пластик, как один из самых ужесточающих пластиков в термопластиках, обладает хорошим блеском, хорошей прозрачностью, Твердость, механическая прочность, хорошая стабильность размеров и другие характеристики, а также отличная термостойкость, электроизоляция, устойчивость к атмосферным воздействиям и химические свойства.
Производные целлюлозы обычно являются белыми волокнистыми, гранулированными или хлопьевидными, а различные производные целлюлозы получают различными способами из целлюлозы высокой чистоты, обычно нитроцеллюлозы, ацетата целлюлозы, ацетатбутирата целлюлозы, Уксусная кислота - пропионат целлюлозы, этилцеллюлоза, цианоэтилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и другие.
Целлюлозный пластик получают вышеуказанной растительной целлюлозой или производными целлюлозы из этих природных полимерных соединений путем химической обработки посредством химических реакций после добавления различных добавок после физической модификации класса термопластов Обычными добавками являются: пластификаторы, стабилизаторы, смазки, наполнители, красители, растворители и т. Д.
Целлюлозный пластик может быть впрыском, экструзией, формованием, выдувным формованием, механической обработкой и другими процессами может быть изготовлен из лобового стекла автомобиля, канцелярских принадлежностей, упаковочных пленок, военного безопасного стекла, предметов первой необходимости, частей камеры, радиоприложений, военных принадлежностей, электроизоляции Детали и продукты медицинской гигиены.
◆ 4. Протеиновый пластик
Протеиновые пластмассы являются одним из наиболее широко используемых полимерных пластмасс на основе биополимеров в области биоразлагаемых материалов. В настоящее время основными белками растений, которые используются в биоразлагаемых материалах в стране и за рубежом, являются соевый белок, кукурузный белок, пшеничный белок , Семена подсолнечника и т. Д., Из которых наиболее изученный соевый белок. В настоящее время методы переработки биодеградируемых материалов соевого белка - это два: один - мокрая обработка, скорореализованный раствор с модифицированным белком, литейная пленка, природный воздух Сухое или нагретое сушащее формование, другое - сухая обработка, то есть модифицированный соевый белок и определенное количество пластификатора, смешанного равномерно под действием механической силы путем экструзии, формования, формования выдуванием или литья под давлением Способы и взятие соответствующей формы Подготовка продуктов разлагаемого материала. Условия формовки: давление формования, время формования и температура формования.
Соевый белок является наиболее изученным растительным белком в биоразлагаемых материалах
Так как соевый белок, содержащего большое количество молекулярной основы амидной связи (-CO-NH-), большие молекулы боковые цепей, содержащие водопоглощающие аминокислотные остатки (-NH2, -СООН), выполненные из материала, обладающего твердый и хрупкое, высокое водопоглощение Характеристики, поэтому подготовка материалов должна быть модифицирована на сырье. В настоящее время общепринятыми методами для модификации белковых материалов являются физическая модификация, химическая модификация, модификация пластификаций малых молекул, модификация смеси и т. Д. Эти методы модификации изменяются только Более высокая молекулярная структура или конформация белковой молекулы не влияет на первичную аминокислотную последовательность. Основная цель модификации заключается в улучшении гидрофобных и механических свойств материала и улучшении пластичности и технологической текучести материала.
В настоящее время ограничение может быть биологических факторы соевого развития белка пластмассы деградации главным образом более дорогой, трудно продвигать, механизм деградации материала не очень понятно, когда точный контроль деградации остается совершенными; метод для оценки деградации производительности не был однородным Стандарт. Фокус исследований в стране и за рубежом в основном направлен на совершенствование технологии обработки и улучшение механических свойств материалов. Некоторые ученые использовали соевый белок для получения биоразлагаемых материалов с хорошими механическими свойствами и определенной водостойкостью.
◆ 5 лигнин пластик
Лигнин является использование древесины пластикового композитного материала, полученного в пластической обработки и частей смеси смол, пластификаторов, неорганические наполнители, пигменты, компатибилизаторов и др. Группа относится к возобновляемого природного лигнина полимера в природе лигнин Запасы уступают только целлюлозе, годовой выпуск которой составляет 150 миллиардов тонн, с биоразлагаемыми, возобновляемыми, недорогими, нетоксичными преимуществами, полученными из бумаги черного щелока.
В отличие от обычных неорганических наполнителей, наибольшее преимущество лигнина заключается в его высокореактивной функциональной группе на молекуле. Удобно химически связывать другие необходимые функциональные группы Исходя из коммерческой ценности лигнина с точки зрения физического, химического, промышленного производства и пластмасс, представляет интерес разработка лигниновых пластмасс, включая лигнин / ПВХ, лигнин / фенольную смолу (ПФ), лигнин / Полиуретан (PU), лигнин / полипропилен (PP), лигнин / полиэтилен (PE) и тому подобное.
В настоящее время фокус исследований лигниновых пластиков по-прежнему является технологией совместимости, как легко и эффективно улучшить совместимость между лигнином и смолой, является ключом к широкомасштабному использованию лигнина в пластмассовой промышленности. Кроме того, лигнин Матрица, полученная методом прививочной полимеризации, может быть полностью разрушенными полимерными материалами, такими как привитый лигнин метилметакрилат, и лигнин в качестве мономера, непосредственно участвующего в реакции, синтез фенольной смолы, полиуретана, полиэфира и полиимида также В последние годы развитие горячих точек.
◆ 6. Хитин и производные Хитозан пластик
◇ 6.1 хитин
Хитин, также известный как хитин, широко встречается у нижних растительных грибов, клеток водорослей, раковин креветок-членистоногих, крабов, личинок и насекомых, ракообразных моллюсков, моллюсков (таких как кальмары, каракатицы) и Хрящ, клеточные стенки высших растений, годовые биосинтетические ресурсы до 10 миллиардов тонн до 100 миллиардов тонн, является вторым по величине биологическим ресурсом на Земле после растительной клетчатки.Хитин по природе в хитиназе, Ферменты, хитозаназы, такие как полное биодеградация, для участия в экосистемном углеродном и азотном циклах, экологическая среда Земли играет важную регуляторную роль.
Хитин из анализа химической структуры знает, что хитин является единственным положительным зарядом в природе, природным полимером. Читин в природе в основном всегда с водонерастворимыми неорганическими солями и белками тесно связан. Люди Чтобы получить хитин, раковину ракообразного часто получают химическими или микробными методами. В настоящее время промышленное производство часто проводят химическими методами, после обработки кислотной основой, удалением солей кальция и белка, а затем с сильной щелочью в условиях нагрева К ацетилу можно получить очень широкий спектр растворимого хитина (хитозан).
В настоящее время хитин часто извлекается из заброшенных креветок и крабовых раковин как внутри страны, так и за рубежом. Содержание хитина в раковинах креветок и крабов составляет 20-30%, содержание неорганических веществ (в основном карбоната кальция) составляет 40%, а другие органические вещества (в основном белки) Содержание составляет около 30%. Китай является крупным ресурсом ресурсов хитина. На морском побережье в Чжэцзяне только креветки достигли 670 000 тонн, согласно 40% отходов можно рассчитать 1 миллион тонн хитина, ресурсный потенциал огромен. Читин и Поливиниловый спирт с высокими барьерными свойствами, производительность пленки может достигать производительности обычной пластиковой пленки, может быть биоразлагаемой.
◇ 6.2 Хитозановый пластик
Хитозан является водорастворимым продуктом хитозана, который деацетилируют концентрированной водной щелочью с получением (1,4) -2-амино-2-дезокси-β-D-глюкана. Белый, слегка жемчужный блеск, полупрозрачный хлопьевидный твердый Хитозан - это катионный полимер, химическая стабильность, разложение 185 ° C, нетоксичный, нерастворимый в воде и щелочи, растворимый в серной кислоте, органических кислотах (Такой как 1% раствор уксусной кислоты) и слабый водный раствор кислоты. Разбавленный в разбавленной кислоте с образованием коллоидного раствора вязкой и прозрачной хитозановой соли, тогда H + в растворе, который объединен с аминогруппами в молекуле с образованием положительно заряженного полимера , Могут происходить ацилирование, карбоксилирование, гидроксилирование, алкилирование, этерификация (сульфатирование), альдиминация, азидация, образование соли, гидролиз, хелатирование, окисление, хлорирование, разветвление и сшивание И т. Д. Благодаря внешнему виду (появление более белого цвета лучше) степень деацетилирования (деацетилирование выше, тем лучше) два показателя идентификации хитозана.
Хитозан может быть смешано с другими природными биополимерными материалами в хитозановый пластик, например, смеси хитозана и целлюлозы, которые могут быть использованы при производстве упаковочных материалов, сельскохозяйственных пленок, саженцев и т. Д. Хитозан и крахмал Пленки, полученные из смесей композиционных материалов, нерастворимы в воде и обладают высокой прочностью на растяжение и могут использоваться в упакованных продуктах.
эпилог
В настоящее время нефтехимические ресурсы все более истощаются, а экологические проблемы становятся все более серьезными. Использование разлагаемых натуральных биологических полимерных материалов вместо высокополимерных материалов на основе нефти является важным способом решения проблемы энергетического замещения и эффективного средства для улучшения экологической среды, Очень практическое значение. Изучение и разработка натуральных полимерных материалов на основе биоматериалов - долгий путь, который требует от каждого человека совместной работы, чтобы активно содействовать его развитию.