Polymère à base d'amidon
La poudre n'a pas une véritable thermoplasticité, mais elle peut être utilisée pour l'injection en ajoutant du plastifiant (eau, glycérine, sorbose, etc.), un cisaillement, une température élevée (90 ° C ~ 180 ° C), qui peut fondre et liquéfier l'amidon . , extrusion, équipement de moulage par soufflage, comme les plastiques synthétiques. Cette combinaison (amidon, eau, chaleur) assure la gélatinisation de l'amidon, c'est-à-dire la décomposition du tissu granulaire. Comme la molécule demande le clivage de la liaison hydrogène, l'amidon est gélatinisé pour former une suspension visqueuse, c'est-à-dire qu'un polymère à base d'amidon se forme.
nom chinois
Polymère à base d'amidon
Matrice
amidon
façons de produire
Coulée de dissolution
Nom étranger
Polymère amyloïde
Début de production
Extraction d'amidon
Dégradabilité
Complètement biodégradable
Tête
record
1 modification d'amidon
2 production de polymères à base d'amidon
Début de production
Modification non structurée
3 polymères biodégradables
Mécanisme de dégradation des polymères à base d'amidon 4
1 éditeur modifié par amidon
L'amidon existe sous forme de particules, avec des zones cristallines et amorphes. Étant donné que de nombreuses propriétés de l'amidon d'origine ne peuvent pas répondre aux exigences des applications pratiques, telles que la stabilité thermique de la viscosité, les propriétés de gélatinisation, la solubilité, etc., les propriétés physiques, chimiques et biochimiques sont adoptées. La méthode modifie les propriétés structurelles, physiques et chimiques de l'amidon d'origine pour produire des propriétés et des utilisations spécifiques.
La taille des granules d'amidon est liée à l'épaisseur du film à partir duquel le plastique d'amidon est fabriqué. Les granules d'amidon sont insolubles dans l'eau froide, mais lorsque l'amidon naturel séché est placé dans l'eau froide, ils subissent un processus de gonflement réversible limité, moment auquel les petites molécules n'entrent que dans les granules d'amidon. La partie amorphe, en combinaison avec le groupe hydrophile libre, fait que l'amidon subit un gonflement des granules d'amidon pour maintenir les caractéristiques d'origine et la biréfringence cristalline. Si la suspension d'amidon est chauffée à une certaine taille de particules, les granules d'amidon se dilatent soudainement et la suspension devient une solution gélatineuse visqueuse. Ce phénomène est appelé gélatinisation de l'amidon, et les performances de la gélatinisation de l'amidon sont étroitement liées à la fabrication des plastiques d'amidon. Étant donné que l'amidon n'a pas de plasticité, il doit être modifié pour changer les propriétés structurelles, physiques et chimiques de l'amidon d'origine, résultant en des plates-formes et des utilisations spécifiques. L'amidon traité est collectivement appelé amidon modifié. De nombreuses propriétés physiques de l'amidon modifié, telles que la solubilité, la viscosité, le taux d'expansion, la fluidité, la coagulation et la sensibilité à la chaleur dans l'eau, sont supérieures à l'amidon d'origine, et certaines nouvelles caractéristiques telles que la super absorption d'eau, l'insolubilité dans l'eau, la plasticité, etc. sont des propriétés que ne possède pas l'amidon d'origine, et ces caractéristiques peuvent être utilisées pour développer de nouveaux produits.
2 édition de production de polymères à base d'amidon
Début de production
La production de polymères d'amidon commence par l'extraction de l'amidon, qui dépend de la source de l'amidon, suivie de la séparation des fibres, du blanchiment et du séchage pour donner de l'amidon pur. En fonction des propriétés du polymère d'amidon souhaité, l'amidon est chimiquement modifié avant et après séchage pour être transformé en un matériau thermoplastique, qui ne peut être obtenu que par une extrudeuse, par extrusion et mélange en continu ou par une étape de mélange par extrusion combinée.
Dans le passé, la coulée par dissolution était la principale méthode de production des plastiques d'amidon. Dans cette méthode, l'amidon est dissous dans un solvant approprié pour permettre à la solution visqueuse de s'écouler suffisamment pour assurer une dispersion rapide à la surface de la coulée. Après coulée de la solution, le film est obtenu lors du séchage. La technique utilisée par les chercheurs présente plusieurs inconvénients, à savoir de petits rendements de film et de longs délais de production. Industriellement, l'alimentation s'effectue par de petites fentes sur un grand tambour rotatif ou en déplaçant une bande métallique. Un masque peut être utilisé pour éliminer les solvants organiques de la zone de travail.
Modification non structurée
En plus d'être utilisé comme charge dans des plastiques renforcés, l'amidon naturel a de mauvaises propriétés de traitement thermique, et il est nécessaire d'effectuer une modification non structurelle de l'amidon pour être un bioplastique. De plus, il doit être mélangé avec d'autres polymères et plastifiants pour améliorer les propriétés mécaniques et les propriétés de barrière. Le principal agent non structuré est l'eau, qui joue deux rôles, favorisant la gélatinisation de l'amidon (gonflement de l'amidon par la destruction de la plupart des liaisons hydrogène entre les macromolécules pour former un patch collant) et comme plastifiant. Cependant, en plus de l'eau, un plastifiant supplémentaire est nécessaire pour abaisser la température de fusion.
Pour l'amidon sec pur, la température de fusion varie de 220 ° C à 240 ° C, et cette plage inclut la température de début de décomposition de l'amidon. Si un plastifiant non volatil, tel qu'un polyol, est ajouté, la température de fusion est abaissée, et sous haute température et cisaillement, l'amidon peut être transformé en thermoplastique thermoplastique appelé amidon thermoplastique (TPS). De plus, la croissance des micro-organismes peut être limitée en réduisant l'activité de l'eau de la membrane. Dans le traitement des thermoplastiques, l'eau contenue dans l'amidon et le plastifiant ajouté jouent un rôle indispensable, car ils peuvent former des liaisons hydrogène avec l'amidon, remplaçant la forte interaction entre les groupes hydroxyles moléculaires de l'amidon, se transformant ainsi en une sorte de thermoplastique .
3 éditions de polymères biodégradables
En ce qui concerne les polymères biosourcés ou biodégradables, il est important de démontrer la biodégradabilité de ces matériaux. L'American Society for Testing and Materials et l'Organisation internationale de normalisation définissent les plastiques qui subissent des changements structurels chimiques majeurs dans des environnements spécifiques comme des plastiques biodégradables. Testés selon des méthodes standard, ces changements entraînent une perte de propriétés physiques et chimiques. Le polymère biosourcé peut être un polymère biodégradable ou un polymère non biodégradable. Par exemple, les polymères à base d'amidon sont généralement biodégradables, tandis que l'acide polylactique cristallin est presque non dégradable. Actuellement, les scientifiques se concentrent sur trois types principaux de matériaux polymères.
Le premier type est un plastique traditionnel biodégradable. Lorsque la surface du matériau polymère est en contact avec le sol, le matériau se dégrade en douceur. Le micro-matériau dans le sol ne peut pas dégrader les particules de plastique, mais provoque un effondrement rapide de la matrice de support. Ce matériau a généralement une matrice à base de pétrole indestructible renforcée par du carbone ou de la fibre de verre.
La deuxième catégorie comprend les matériaux polymères partiellement dégradables qui se dégradent plus rapidement que les plastiques synthétiques conventionnels. Une méthode de production typique pour de tels plastiques consiste à entourer les fibres naturelles autour d'une matrice conventionnelle (à base de pétrole). Une fois transformés, les micro-organismes peuvent consommer des macromolécules naturelles dans le corps. Ce qui reste est un matériau dont la structure est affaiblie, avec des bords rugueux et une ouverture pour une dégradation supplémentaire.
La troisième catégorie, la dernière catégorie, est actuellement un matériau polymère qui présente un grand intérêt pour les chercheurs et l'industrie. Ces plastiques sont entièrement biodégradables, la matrice polymère est dérivée de matériaux naturels tels que l'amidon, les polymères de croissance microbienne et les fibres de renforcement sont dérivées de cultures courantes telles que le lin et le chanvre. Dans des conditions appropriées de température, d'humidité et d'oxygène, la biodégradation provoque la décomposition du plastique en substances résiduelles non toxiques ou respectueuses de l'environnement, qui sont ensuite complètement décomposées en dioxyde de carbone et en eau par des micro-organismes.
4 édition du mécanisme de dégradation des polymères à base d'amidon
Le mécanisme de dégradation du polymère n'est pas très clair. On pense généralement que le mécanisme de biodégradation n'est pas un mécanisme unique, mais une action biophysique et biochimique complexe, accompagnée d'autres effets physiques et chimiques tels que l'hydrolyse et l'oxydation, l'action biologique et la chimie physique. Les rôles se promeuvent mutuellement et ont un effet synergique. L'amidon est deux polymères biodégradables naturels qui se décomposent en glucose sous l'action de micro-organismes et sont finalement métabolisés en eau et en dioxyde de carbone.
La dégradation des polymères à base d'amidon peut être divisée en deux processus: l'amidon est attaqué par des micro-organismes tels que les champignons et les bactéries, disparaît progressivement et une structure de fracture poreuse se forme dans le polymère et la résistance mécanique est abaissée, ce qui augmente la surface surface du polymère, facilitant ainsi une décomposition naturelle supplémentaire; la dégradation de l'amidon déclenche l'action du prooxydant et de l'auto-oxydant, qui peut couper la longue chaîne du polymère et rendre la masse moléculaire relative du polymère plus petite jusqu'à ce que la masse moléculaire relative du polymère soit suffisamment petite pour être métabolisée par les micro-organismes, et enfin l'eau est formé. De petits composés moléculaires tels que le dioxyde de carbone entrent dans le cycle de la nature. Ces deux processus se renforcent mutuellement.
La biodégradabilité des plastiques dégradables à base d'amidon est due à la présence d'une phase continue d'amidon, ce qui garantit que les micro-organismes et les enzymes approchent rapidement la teneur en amidon de la membrane.
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