Deux catégories de matériaux biodégradables
Les matériaux biodégradables peuvent être divisés en matériaux complètement biodégradables et en matériaux biodégradables destructeurs selon le mécanisme de dégradation et les méthodes de destruction.
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Matériau entièrement biodégradable
Les matériaux entièrement biodégradables font référence aux matériaux biodégradables qui peuvent être décomposés par des bactéries, des champignons, des actinomycètes et d'autres micro-organismes. Il peut enfin se décomposer en CO2 et en eau sous l'action de bactéries ou de son hydrolase pour revenir à la nature, c'est pourquoi on l'appelle"matière verte". De la méthode de préparation, il peut être divisé en trois types: méthode de fermentation microbienne, synthèse chimique et mélange de polymères naturels.
Fermentation microbienne
La fermentation microbienne fait référence aux matériaux biodégradables obtenus par fermentation microbienne en utilisant des matières organiques comme source de carbone, principalement des esters d'acides gras polyhydroxylés. L'ester d'acide gras polyalkylé (PHA) est un polyester intracellulaire synthétisé par de nombreuses bactéries. Il possède de nombreuses propriétés excellentes telles que la biodégradabilité, la biocompatibilité et la comestible. Il a joué un rôle important dans les matériaux biomédicaux, les matériaux d'ingénierie tissulaire, les matériaux à libération prolongée, les matériaux électriques et les matériaux d'emballage.
L'ampli Procter &; Gamble Company des États-Unis a développé avec succès les produits de la série PHA et leurs diverses applications en tant que fils de suture, tissus non tissés et divers matériaux d'emballage. À l'heure actuelle, la recherche mondiale de PHA est principalement axée sur l'utilisation de sa biodégradabilité, sa biocompatibilité et d'autres caractéristiques pour développer des applications dans des domaines à forte valeur ajoutée tels que le médical, la pharmacie et l'électronique.
Synthèse chimique
Les matériaux polymères dégradables chimiquement synthétisés font référence à des matériaux biodégradables synthétisés et fabriqués par des méthodes chimiques. La plupart d'entre eux sont des polyesters aliphatiques contenant des structures à base d'esters qui peuvent être dégradées par des micro-organismes dans leurs structures moléculaires. Actuellement, les produits industrialisés représentatifs sont la polycaprolactone (PCL), le polysuccinate succinate (BS) et l'acide polylactique. (PLA), copolymère polyester aliphatique/polyester aromatique (CPE), etc.
L'acide polylactique a une excellente biocompatibilité et absorbabilité, non toxique, non irritant, il peut être complètement décomposé en CO2 et H2O dans la nature, aucune pollution pour l'environnement, est actuellement le polymère biodégradable le plus prometteur. L'acide polylactique a un large éventail d'utilisations et est actuellement utilisé dans les polymères biomédicaux, les textiles et les industries de l'emballage. La polycaprolactone (PCL) a une excellente biocompatibilité, mémoire et biodégradabilité, et ses produits sont principalement concentrés dans un usage médical et quotidien comme les orthèses, les sutures, les bandages et les plastiques dégradables.
Mélange de polymères naturels
Les matériaux biodégradables polymères naturels sont des matériaux fabriqués à l'aide de polymères naturels biodégradables, tels que des matériaux biologiques d'origine végétale et de la chitine d'origine animale, comme substrats pour rendre le produit dégradable. Les sources végétales comprennent la cellulose, l'hémicellulose, la lignine, l'amidon, les polysaccharides et les hydrocarbures composés de parois cellulaires ; les sources animales sont principalement les crustacés tels que les crevettes et les crabes. Les principales variétés sont l'amidon gélatinisé PHB/PCL/amidon gélatinisé PCL/PHBV, etc.
De tels matériaux dégradables sont riches en matières premières, peuvent être complètement biodégradables, et les produits sont sûrs et non toxiques, et les gens y prêtent de plus en plus d'attention. Cependant, les matériaux polymères naturels sont complètement biodégradables. Cependant, ses propriétés thermiques et mécaniques sont médiocres et ne peuvent répondre aux exigences de performance des matériaux d'ingénierie. Par conséquent, la direction actuelle de la recherche consiste à modifier les polymères naturels pour obtenir des matériaux de dégradation des polymères naturels précieux.
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Matériau biodestructeur
Les matériaux biodestructeurs sont au niveau matériel. Ce sont principalement des matériaux dégradables fabriqués par mélange ou copolymérisation de polymères naturels et de polymères synthétiques à usage général. Les méthodes de combinaison sont les suivantes :
(1) Utiliser des méthodes de fusion et de mélange de solutions ;
(2) Un matériau polymère est dispersé dans une solution aqueuse d'un autre polymère pour former un système de suspension, et enfin divers composites sont fabriqués ;
(3) Disperser ou dissoudre des matériaux polymères naturels dans un système pouvant subir des réactions de polymérisation, conduire des réactions d'homopolymérisation et de copolymérisation et polymériser des monomères dans le système pour obtenir des matériaux composites contenant des polymères naturels ;
(4) Dégrader correctement les macromolécules naturelles dans des conditions appropriées (telles que acides ou alcalines, etc.) et polymériser les segments moléculaires dégradés avec d'autres monomères. Ainsi, un nouveau copolymère aux propriétés biodégradables est préparé. Les matériaux dégradables obtenus par mélange ou copolymérisation d'amidon, de cellulose, de protéines et de polymères synthétiques seront présentés ci-dessous.
Matériaux à base d'amidon
En tant que sorte de composé polymère naturel, l'amidon a une grande variété de sources et un faible coût. Et peut être complètement dégradé dans divers milieux naturels. Il est finalement décomposé en CO2 et H2O et ne causera aucune pollution à l'environnement. Par conséquent, les matériaux dégradables à base d'amidon sont devenus les matériaux biodégradables les plus recherchés et développés au pays et à l'étranger. Il peut être obtenu par mélange avec d'autres polymères ou copolymérisation avec des monomères. Matériaux dégradables à base d'amidon.
En 1973, Griffin a obtenu pour la première fois le brevet des matériaux de remplissage de modification de surface à base d'amidon. Dans les années 1980, certains pays ont développé des matériaux biodégradables remplis d'amidon sur le fond des brevets de Grifn &. Les matériaux d'amidon chargés sont également connus sous le nom de matériaux biodestructeurs. Son processus de fabrication consiste à ajouter une certaine quantité d'amidon et d'autres petites quantités d'additifs aux matériaux généraux, puis à les transformer en formes. La teneur en amidon ne dépasse pas 30%. La technologie des matériaux d'amidon de type remplissage est mature et le processus de production est simple et peut être produit en améliorant légèrement l'équipement de traitement existant. Par conséquent, la plupart des produits d'amidon dégradables domestiques sont de ce type.
La Canadian St. Lawrence Starch Company a recherché et produit un mélange-maître d'amidon modifié Ecostar. Il peut être mélangé avec du polyéthylène, du polypropylène, du polystyrène, de l'alcool polyvinylique et du polyuréthane pour fabriquer des matériaux biodégradables. Le matériau à base d'amidon développé par le ministère de l'Agriculture des États-Unis consiste à ajouter de l'amidon gélatinisé contenant 40 à 60 % d'eau à l'EAA (acide éthylène acrylique). ) Est mélangé pour faire un film de paillis agricole. Le polystyrène greffé d'amidon développé par l'Université Purde aux États-Unis adopte une polymérisation cationique pour contrôler efficacement le poids moléculaire et les propriétés physiques. Parmi eux, l'amidon contient 20 à 30 % d'amidon et le polymère greffé a le polystyrène habituel Des propriétés similaires à l'éthylène. Peut être utilisé comme bouteilles, films, etc. L'Université de technologie de Taiyuan de mon pays, Liu Shufu, et d'autres ont étudié la copolymérisation par greffage de la fécule de pomme de terre et du chlorure de polyvinyle. L'Institut de chimie appliquée de l'Académie des sciences du Jiangxi a utilisé la copolymérisation par greffage d'amidon et de styrène pour fabriquer des matériaux à base d'amidon. Des membranes dégradables ont été explorées.
Matériaux à base de cellulose
Il existe également deux méthodes de préparation des plastiques à base de cellulose, l'une est le mélange et l'autre est la modification chimique des matériaux typiques à base de cellulose. Il existe plusieurs méthodes de préparation : le mélange de cellulose et de chitosane, le mélange de cellulose et de protéines, le mélange de cellulose et de ses dérivés, la copolymérisation de monomères cellulose et polymère, hémicellulose, lignine, etc. Des méthodes de mélange et de modification chimique peuvent être utilisées. pour préparer des matériaux dégradables à base de cellulose. Par exemple, l'Université de Kyoto au Japon peut préparer des matériaux biodégradables brun clair en traitant de la poudre de bois avec de l'acide laurique.
Matériaux à base de protéines
Bien que la protéine ait une bonne biodégradabilité, ses propriétés thermiques et mécaniques sont médiocres. Le traitement chimique (y compris la copolymérisation) peut améliorer ses propriétés thermiques et mécaniques, mais la recherche dans ce domaine est encore au stade de la recherche fondamentale.
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