Duas categorias de materiais biodegradáveis
Os materiais biodegradáveis podem ser divididos em materiais completamente biodegradáveis e materiais biodegradáveis destrutivos de acordo com o mecanismo de degradação e métodos de destruição.
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Material totalmente biodegradável
Materiais totalmente biodegradáveis referem-se a materiais biodegradáveis que podem ser decompostos por bactérias, fungos, actinomicetos e outros microorganismos. Pode finalmente ser decomposto em CO2 e água sob a ação de bactérias ou sua hidrolase para retornar à natureza, por isso é chamado de&material verde &. A partir do método de preparação, pode ser dividido em três tipos: método de fermentação microbiana, síntese química e mistura de polímero natural.
Fermentação microbiana
A fermentação microbiana refere-se aos materiais biodegradáveis obtidos por fermentação microbiana utilizando matéria orgânica como fonte de carbono, principalmente ésteres de ácidos graxos polihidroxílicos. O éster de polialquil ácido graxo (PHA) é um poliéster intracelular sintetizado por muitas bactérias. Possui muitas propriedades excelentes, como biodegradabilidade, biocompatibilidade e comestibilidade. Ele desempenhou um papel importante em materiais biomédicos, materiais de engenharia de tecidos, materiais de liberação sustentada, materiais elétricos e materiais de embalagem.
O Procter& A Gamble Company dos Estados Unidos desenvolveu com sucesso os produtos da série PHA e suas várias aplicações como fios de sutura, tecidos não tecidos e vários materiais de embalagem. Atualmente, a pesquisa global da PHA está focada principalmente no uso de sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e outras características para desenvolver aplicações em campos de alto valor agregado, como médicos, farmacêuticos e eletrônicos.
Síntese química
Materiais degradáveis de polímero sintetizado quimicamente referem-se a materiais biodegradáveis sintetizados e fabricados por métodos químicos. A maioria deles são poliésteres alifáticos contendo estruturas baseadas em ésteres que podem ser degradadas por microorganismos em suas estruturas moleculares. Atualmente, os produtos industrializados representativos são a policaprolactona (PCL), o polissuccinato succinato (BS) e o ácido polilático. (PLA), copolímero de poliéster alifático / poliéster aromático (CPE), etc.
O ácido polilático possui excelente biocompatibilidade e absorvibilidade, não é tóxico, não irritante, pode ser completamente decomposto em CO2 e H2O na natureza, sem poluição ao meio ambiente, sendo atualmente o polímero biodegradável mais promissor. O ácido polilático tem uma ampla gama de usos e é atualmente usado em polímeros biomédicos, têxteis e indústrias de embalagens. A policaprolactona (PCL) possui excelente biocompatibilidade, memória e biodegradabilidade, e seus produtos concentram-se principalmente no uso médico e diário, como órteses, suturas, curativos e plásticos degradáveis.
Mistura de polímero natural
Materiais biodegradáveis de polímero natural são materiais feitos com polímeros naturais biodegradáveis, como materiais biológicos derivados de plantas e quitina de origem animal, como substratos para tornar o produto degradável. As fontes vegetais incluem celulose, hemicelulose, lignina, amido, polissacarídeos e hidrocarbonetos compostos de paredes celulares; as fontes animais são principalmente crustáceos, como camarões e caranguejos. As principais variedades são PHB / amido gelatinizado PCL / amido gelatinizado PCL / PHBV, etc.
Esses materiais degradáveis são ricos em matérias-primas, podem ser completamente biodegradáveis e os produtos são seguros e não tóxicos, e as pessoas estão prestando cada vez mais atenção. No entanto, os materiais poliméricos naturais são completamente biodegradáveis. No entanto, suas propriedades térmicas e mecânicas são fracas e não podem atender aos requisitos de desempenho de materiais de engenharia. Portanto, a direção da pesquisa atual é modificar polímeros naturais para obter materiais de degradação de polímeros naturais valiosos.
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Material biodestrutivo
Os materiais biodestrutivos estão no nível do material. Eles são principalmente materiais degradáveis feitos por mistura ou copolimerização de polímeros naturais e polímeros sintéticos de uso geral. Os métodos de combinação são os seguintes:
(1) Usar métodos de fusão e mistura de solução;
(2) Um material polimérico é disperso em uma solução aquosa de outro polímero para formar um sistema de suspensão e, finalmente, vários compostos são feitos;
(3) Dispersar ou dissolver materiais poliméricos naturais em um sistema que pode sofrer reações de polimerização, realizar reações de homopolimerização e copolimerização e polimerizar monômeros no sistema para obter materiais compósitos contendo polímeros naturais;
(4) Degradar adequadamente macromoléculas naturais sob condições apropriadas (como ácidas ou alcalinas, etc.) e polimerizar os segmentos moleculares degradados com outros monômeros. Assim, é preparado um novo copolímero com propriedades biodegradáveis. Os materiais degradáveis feitos por mistura ou copolimerização de amido, celulose, proteína e polímeros sintéticos serão apresentados a seguir.
Materiais à base de amido
Como uma espécie de composto polimérico natural, o amido tem uma grande variedade de fontes e baixo custo. E pode ser completamente degradado em vários ambientes naturais. É finalmente decomposto em CO2 e H2O e não causará qualquer poluição ao meio ambiente. Portanto, os materiais degradáveis à base de amido se tornaram o material biodegradável mais pesquisado e desenvolvido no país e no exterior. Pode ser obtido por mistura com outros polímeros ou copolimerização com monômeros. Materiais degradáveis à base de amido.
Em 1973, Griffin obteve pela primeira vez a patente para materiais de enchimento de modificação de superfície de amido. Na década de 1980, alguns países desenvolveram materiais biodegradáveis cheios de amido com base nas patentes de Grifn' Os materiais com enchimento de amido também são conhecidos como materiais biodestrutivos. Seu processo de fabricação consiste em adicionar uma certa quantidade de amido e outras pequenas quantidades de aditivos aos materiais em geral e, em seguida, processá-los em formas. O teor de amido não excede 30%. A tecnologia do material de amido do tipo de enchimento está madura e o processo de produção é simples, e pode ser produzido melhorando ligeiramente o equipamento de processamento existente. Portanto, a maioria dos produtos de material de amido degradável doméstico é deste tipo.
A Canadian St. Lawrence Starch Company pesquisou e produziu um masterbatch Ecostar de amido modificado. Pode ser misturado com polietileno, polipropileno, poliestireno, álcool polivinílico e poliuretano para fazer materiais biodegradáveis. O material à base de amido desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos é adicionar amido gelatinizado contendo 40% -60% de água ao EAA (ácido etileno acrílico). ) É misturado para fazer filme mulch agrícola. O poliestireno enxertado com amido desenvolvido pela Purde University nos Estados Unidos adota polimerização catiônica para controlar efetivamente o peso molecular e as propriedades físicas. Entre eles, o amido contém 20% -30% de amido, e o polímero enxertado tem o poliestireno usual Propriedades semelhantes ao etileno. Pode ser usado como garrafas, filmes, etc. Universidade de Tecnologia de Taiyuan, em meu país, Liu Shufu e outros estudaram a copolimerização por enxerto de amido de batata e cloreto de polivinila. O Instituto de Química Aplicada da Academia de Ciências de Jiangxi usou copolimerização de enxerto de amido e estireno para fazer materiais à base de amido. Membranas degradáveis foram exploradas.
Materiais à base de celulose
Existem também dois métodos de preparação para plásticos à base de celulose, um é a mistura e o outro é a modificação química de materiais típicos à base de celulose. Existem vários métodos de preparação: a mistura de celulose e quitosana, a mistura de celulose e proteína, a mistura de celulose e seus derivados, a copolimerização de celulose e monômeros de polímero, hemicelulose, lignina, etc. Podem ser usados métodos de mistura e modificação química para preparar materiais degradáveis à base de celulose. Por exemplo, a Universidade de Kyoto no Japão pode preparar materiais biodegradáveis marrom claro tratando pó de madeira com ácido láurico.
Materiais à base de proteína
Embora a proteína tenha boa biodegradabilidade, suas propriedades térmicas e mecânicas são fracas. O tratamento químico (incluindo a copolimerização) pode melhorar suas propriedades térmicas e mecânicas, mas as pesquisas nesta área ainda estão em estágio de pesquisa básica.
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