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麒麟城娱乐:生物质高分子材料的应用及发展趋势

[ 时间:2019-02-25 点击:115 ]

根据经合组织成员国的统计,化学工业占生物质在橡胶基质中的分散可以通过化学改性来解决,并且生物质、生物质-橡胶和橡胶交联的多网络结构可以进一步设计和形成[ 然而,材料中的大量增塑剂会迁移和沉淀,导致产品的使用性能下降5 ]。2 %的石油和天然气消耗量,其主要用途是转化成聚合物材料2元,特别擅长于0农膜是这方面最典型的应用 2010年,我国用于生产塑料的聚合物材料数量达到58种300万吨,大约100万吨 650亿吨石油资源[ 1 ),其中50 % ~ 60 %的聚合物材料在使用后无法回收,并且难以分解,导致固体废物[ 2 ]中的塑料含量为10 %,造成严重的环境污染 利用可再生生物质资源制造高分子材料不仅是解决能源替代的重要途径,也是改善生态环境的有效手段。美国。S。能源部估计,到2020年,来自植物生物质资源的新聚合物材料将增加到10 %,到2050年,[将增加到50 %[ 3 ]。

生物质高分子材料的应用

由于天然聚合物链如淀粉、纤维素、木质素等之间存在氢键。,分子间作用力强,溶解性差,在高温下分解而不熔化。作为一种塑料,由于其较差的物理性能和加工性能,[ 4,5 ]它肯定会被改性。为了改善其加工和成型性能,研究和开发集中在以下几个方面。一是通过物理塑化或化学改性(酯化、醚化、交联、共聚)改善生物质材料的热塑性,改善其成型和加工性能。 第二是通过共混改善生物质作为基质材料的许多性能(增强、增溶和增韧)。 第三,利用微纤维技术制备微纳米生物质材料,以提高生物质复合材料的界面结合能力,改善其力学和热学性能。目前,一些生物质聚合物材料已经工业化生产,它们的领域涉及散装材料,如塑料、橡胶和纤维。

1。1可降解塑料

目前,根据降解机理,生物质降解塑料可分为填充降解塑料和完全降解塑料。源自英国的填充可降解塑料。格里芬淀粉塑料专利技术[ 6 ]。目前,国外已经开发了以淀粉为代表的多种填充型可降解材料(见表1 )。尽管这种填充可降解材料技术成熟,生产工艺简单,并且可以在对现有加工设备稍加改进的情况下生产,但是填充淀粉塑料中的淀粉含量仅为7 % ~ 30 %,淀粉降解后的塑料成分会变成碎片并残留在土壤或水中,对[环境造成二次污染7 ]。全降解塑料产品安全无毒,是降解塑料的主要发展方向。U。S。Warner-Lambert公司开发了一种含有支链淀粉( 70 % )和直链淀粉( 30 % )的新型树脂,该树脂具有良好的生物降解性,可用于替代现有农业领域的可降解材料[ 8 ]。为了进一步改善全降解材料的热和机械性能,以满足工程材料的性能要求,德国Biotec公司开发和生产的全生物降解塑料生物塑料以淀粉和聚己内酯为主要原料,其中淀粉含量在55 %至75 %之间,[ 9 ]。

意大利的Ferruzzi公司、美国的国际庄鸣公司和日本的住友商事公司宣布成功开发全淀粉塑料,声称淀粉含量超过90 %,其添加剂可以降解,因此可以100 %降解。日本的四个工业实验室通过物理方法将纤维素衍生物和脱乙酰多糖混合,并将其浇铸成强度接近聚乙烯薄膜的薄膜,这种薄膜在两个月后可以完全降解,[ 10 ]。由纤维素和蛋白质混合制成的薄膜,其干燥湿度都符合高质量生物基塑料的指标,并具有令人满意的效果[ 11 ]。然而,开发的完全可降解材料的价格至少是普通塑料的2 - 4倍,这是相对较高的[ 12 ]。此外,纤维素共混材料是非热塑性材料,不能通过熔融挤出形成。一般采用溶液浇铸,生产效率相对较低。中国也在这方面做了大量的研究工作。武汉华利环保科技有限公司。有限公司。已经实现了淀粉的三种改性:亲水性变为疏水性,热敏性变为温度r。它们不仅可以通过羟基与橡胶中的共轭双键反应,还可以通过接枝、交联等反应与橡胶反应。因此,它们可以填充在橡胶中用于增强和改性。对比木质素填充橡胶和炭黑填充橡胶的性能,发现木质素可以填充更高的含量,填充材料的比重更小,光泽度更好,耐磨性和柔韧性增强,耐溶剂性提高。然而,在实际应用中要解决的第一个问题是如何提高生物质与橡胶的相容性。

1。2002年,固特异轮胎橡胶公司开发了用玉米淀粉改性轮胎橡胶性能的技术,[ 16 ]

该技术使用经酚醛碱性溶液处理的改性玉米淀粉颗粒替代传统炭黑与丁腈橡胶混合,增强效果明显,降低轮胎滚动阻力、噪音、二氧化碳排放和生产能耗,延长[ 17号轮胎的使用寿命。Novamont还使用淀粉产品Mater-Bi来生产橡胶产品,如汽车轮胎。为了促进这一领域的技术发展,近年来国内外的研究主要集中在三个方面:生物质与其他材料和橡胶[ 18的多组分复合材料的制备;通过生物质材料的物理处理或化学改性,粒径减小,改善了与橡胶基体的相界面作用,进而提高了复合材料的相容性;利用橡胶胶乳状态的特点,通过乳液聚合[ 19 ]实现了生物质对橡胶的改性。1。3根纤维。纤维素由于其独特的高强度和柔韧性,在纤维应用中有很大的优势。可加工的纤维素产品,如醋酸纤维素酯化、纤维素乙基化、乙酰丁酸纤维素酯化等。[ 20 ]是通过羟基衍生得到的。然而,这种材料的熔化温度仍然很高,与分解温度的差异很小。因此,加工过程中需要使用大量增塑剂。

1。鉴于上述问题,研究的重点开始转向纤维素的内部塑化,即通过接枝或化学改性在纤维素侧链中引入长链柔性基团,而没有增塑剂迁移(损失),这有助于改善材料的加工和使用性能

目前,纤维素接枝改性主要包括乙烯单体接枝纤维素、环状单体接枝纤维素、脂肪醇(包括醚醇)接枝纤维素、硅接枝纤维素等。(见表2 )。与乙烯单体接枝纤维素相比,环状单体接枝纤维素可以实现本体熔融聚合,避免溶剂回收等问题,受到越来越多的关注。名取公司使用己内酯接枝部分取代的醋酸纤维素或醋酸丁酸纤维素,并进行甲硅烷化改性,获得耐候性好的材料。Rhodia公司开发了一种可用于熔融纺丝的纤维素改性材料,即己内酯与乙酸纤维素接枝,然后与二羟基封端的己内酯低聚物反应,所得产品的熔点可降至180℃。东丽公司开发了一种由55 % ~ 70 %醋酸纤维素和30 % ~ 45 %可生物降解聚醋酸酯多元醇组成的醋酸纤维素纤维。熔融纺丝得到的纤维产品在土壤中具有良好的生物降解性。。。寻找新的纤维素溶解体系也是促进纤维素纤维发展的重要环节。迄今为止,已经开发了各种纤维素溶剂: NaOH/CS2和铜氨溶液,传统上用于生产粘合剂和铜氨纤维,由于生产过程的复杂性和对环境的严重污染,已经逐渐被淘汰。氨氧化物是另一种有效的纤维素溶剂,如N-甲基吗啉-N-氧化物( NMMO )、氯化锂/二甲基乙酰胺等。用NMMO溶解纤维素制成的丝绸被称为Tencel,具有优异的性能[ 21 ]。离子液体已经成为纤维素溶解的焦点。18元至0元。

2元至0元。3元[ 26 ]。( 2 )技术和工艺还不成熟。中国在生物基或可生物降解原料的合成方面已经处于国际领先地位,但其应用加工技术远远落后于美国、欧洲和日本等国际先进水平。降解材料的准确降解时间控制、使用后的快速降解、边角料的彻底降解和回收技术都迫切需要改进和完善。。。( 3 )性能不高。目前,商业化的生物质材料仅在一个方面具有突出的特点,其综合性能仍存在一些不足。某些可生物降解材料制成的餐具在耐热性、耐水性和机械强度方面与传统塑料制品相差甚远,因此限制了可生物降解聚合物[ 27 ]的应用范围。

生物质高分子材料的发展趋势。( 1 )优质原材料采购技术。目前,以淀粉、纤维素和木质素为代表的生物质大分子的改性技术主要是为了破坏大分子链段和降低聚合度,这导致生物质的一些天然特性损失,如用于淀粉塑化的直链淀粉,支链淀粉通常需要在此之前破碎。纤维用淀粉对淀粉中直链含量有更严格的要求。纤维素的共混改性主要使用短链纤维素或微晶纤维素;木质素的橡胶增强作用是降低木质素的分子量以实现组合物的相容性。尽管上述原料的制备和使用已经能够反映生物质聚合物材料的独特性能,但是它们没有充分发挥这种材料的潜力。如何开发高质量的生物质原料获取技术,是实现生物基高分子材料高性能、低价格全面产业化的途径之一。微生物工程制备的细菌纤维素具有比植物纤维素更高的分子量、结晶度、纤维簇和纤维素含量,独特的纳米结构赋予了许多优异的性能,有望在造纸、仿生学、电子学和生物医学等领域得到应用。

( 2 )完全降解生物质塑料的研发。从生态环境保护的角度来看,全生物降解塑料的开发已经成为一个不可回避的话题,特别是合成工艺简单、加工技术成熟、成本低廉的全生物降解塑料的开发迫在眉睫。例如缝纫针、缝合线、注射器、医疗领域使用的输液袋、个人护理中使用的化妆品容器、尿布、妇女卫生巾、包装盒、垃圾袋、堆肥袋、农药瓶以及工业和农业中使用的许多其他一次性塑料产品,应该被低成本的完全可生物降解的材料所取代。全淀粉塑料被认为是目前国内外最经济的完全生物降解材料。德国巴特尔研究所开发了一种基于改良的高直链淀粉绿色豌豆淀粉的可降解塑料,这种塑料在潮湿环境下可以完全降解。( 3 )降解速率控制的生物质塑料的研究与开发。由于不同的领域对材料的降解速率有不同的要求,降解材料的降解控制问题需要解决。例如,生物医学需要更快的降解,而包装材料需要一段时间才能使用。在我国目前开发的可降解塑料中,除了完全可降解的塑料之外,所有的塑料都属于在短时间内不能完全降解的塑料。可控降解塑料要求在使用期间性能稳定,使用后分解迅速。

目前,在控制降解时间方面,更多的研究集中在提高降解速率上,已经形成了更成熟的技术。然而,如何有效控制使用时间仍处于探索阶段。通过分子设计研究和精细分子合成技术,可以不断改进配方,保证产品在一定时间内的使用性能,但同时可以根据不同的需要控制产品的使用寿命。

实施fu时,理想的农膜应该是稳定有效的。通过剪切控制定位注射成型技术制备的淀粉/乙二醇比普通薄膜制备方法制备的薄膜具有更好的机械性能和生物降解性。光散射技术可以从平行和垂直方向调节剪切强度和剪切速率,从而有目的地改善聚合单体之间的相容性,提高加工性能。

真空热处理聚乳酸-淀粉/纤维素复合材料具有较高的力学性能和降解性能

应用酶工程和其他生物技术开发环境友好的绿色纤维素材料将使生物材料的绿色加工和利用成为可能。。。 。 。。。。

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