デンプンベースのプラスチック
デンプンベースのプラスチックは、デンプンの水酸基を減らし、元の構造を変更するためにデンプンを化学的に改変するために化学反応を使用し、それによりデンプンの対応する特性を変更し、天然デンプンを熱可塑性デンプンに変えます。
研究開発の背景
デンプンは、地球上のセルロースに次ぐ出力を持つ天然ポリマーです。それは供給源、再生可能、および低価格が豊富です。これは、変更や可塑化を通じてでんぷんベースのプラスチックを製造するために使用することができます。バイオ系材料の重要なカテゴリーとして、デンプンベースのプラスチックは工業化された生産と応用を成功に導いた。デンプンベースのプラスチックは、デンプンを主原料として製造したプラスチック製品の一種であり、改変して可塑化し、他のポリマーとブレンドします。それは一種のバイオプラスチックです。デンプンベースのバイオプラスチックは、バイオベースのプラスチックと生分解性プラスチックの2つのカテゴリーに分けることができます。
デンプン系生分解性プラスチックは、一般的に、修飾デンプンと生分解性ポリエステル(PLA/PBAT/ PBS/PHA/PPCなど)のブレンドです。それは完全に生分解性、堆肥化可能、環境に優しい、および廃棄物堆肥、埋め立て地および他の処理方法に適している場合がある。デンプンをベースとしたバイオベースのプラスチックは、一般に、変質デンプンとポリオレフィン(PP/PE/PSなど)の混合物です。その環境保護の意義は、石油化学資源の使用を減らし、二酸化炭素排出量を削減することにあり、廃棄物は焼却に適しています。これらの材料は、従来の石油ベースのプラスチックを置き換えることができ、プラスチック包装材料、耐衝撃材料、プラスチックフィルムやビニール袋、使い捨て食器、食品容器、おもちゃなどで広く使用されています。
プロセス原理
澱粉は天然高分子ポリマーの一種です。その分子は多くのヒドロキシル基を含んでいる(分子構造はIIおよびIIIである)。そのため、デンプン高分子間の相互作用は非常に強く、元のデンプンが溶融加工を困難にし、他のポリマーとの共重合に組み込まれます。混合時の他のポリマーとの相溶性も不良である。しかしながら、これらのヒドロキシル基は、エステル化、エーテル化、グラフト、架橋などの化学反応を受けることができる。これらの化学反応は、デンプンを化学的に修飾し、デンプンの水酸基を減少させ、元の構造を変更し、それによりデンプンの対応する特性を変更し、元のデンプンを熱可塑性デンプンに変えるために使用されます。
1. エステル化、エステル交換またはエーテル化反応
デンプンの親水性を疎水性に変えるために、デンプン分子上の水酸基を脂肪酸、脂肪酸エステル等でエステル化・エステル交換し、デンプンエステルを形成する。
2. 架橋反応
澱粉材料の強度や耐熱性を向上させるために、デンプンは、2つ以上の官能基(ポリ塩基酸など)を有する化合物と架橋し、デンプンが適宜架橋されるようにする。
3. ブレンドと共集の独立した革新
ほとんどのデンプンプラスチックは、他のポリマー材料とデンプンを充填し、ブレンドすることによって調製されます。この方法で得られる製品は、互換性が悪く強度が低く、その用途範囲が限られています。澱粉系プラスチックでは、デンプンを整合処理で共重合し、デンプンおよび他のポリマーのグラフトコポリマーを得るために、他のポリマー材料とのデンプンの相溶性を向上させる。化学修飾によって、デンプンの3つの修飾が実現された:親水性は疎水性に変化した。熱感度は温度抵抗に変更;硬度と脆さは可塑性に変化しました。この変更は、デンプンの改変の世界的な問題を解決し、その後の処理のための良い基盤を築きます。
プロセスステータス
デンプンベースのバイオプラスチックは、30年の研究開発の歴史を持っています。最も長い研究開発の歴史、最も成熟した技術、最大の工業化スケール、および最も高い市場シェアを持つ生分解性プラスチックです。1980年代初期には、完全に生分解性または可溶性プラスチックであることができる、改良デンプンや分解性プラスチック合金マスターバッチの研究開発、およびデンプンと生分解性樹脂の配合が注目されました。その中で最も成功しているのは、イタリアのノヴァモント出身の「MaterBi」です。これは、変性デンプンと変性ポリビニルアルコールで構成されるポリマープラスチック合金をネットワーク構造に網間化したものです。それは良い処理特性、二次処理特性、および機械的特性を有する。性能および優秀な生物分解性。また、アメリカのエア・プロダクト&ケミカルが開発した「Vinex」は、重合度の低いポリビニルアルコールをベースにした樹脂です。水溶性、熱可塑性加工性、生分解性を有し、近年大きな注目を集めています。
近年、各国では一般的に、できるだけ多くのデンプン含有量を有するプラスチックに研究の焦点を移し、優れた性能を持つ完全に分解性の材料を開発し、さらには合成ポリマー、すなわち熱可塑性デンプンを含まない純粋なデンプン製品を得ています。米国のワーナー・ランバート・カンパニーが製造した「ノボン」生分解性材料は、デンプン含有量が90%以上である。日本のコーンカンパニーとミシガン生産技術研究所は、耐水性の強い素材を共同開発し、日本の住友商事、イタリアのフェリズなども、デンプン含有量90%の全スターンプラスチックの研究に成功したと発表しました。ドイツのバテケ研究所、米国のワーナー・ランバート・カンパニー、スイスの大学などの研究機関は、いずれも生分解性プラスチックの製造のためにデンプンを熱可塑性デンプンに変換する上で大きな進歩を遂げました。オーストラリア国立食品加工包装科学センターは、流動性、延性、金型放出、柔らかく、透明、高強度、制御可能な劣化率を有する完全なデンプン熱可塑性プラスチックを発売しました。農業用フィルムや食品を作るために使用できます。包装フィルムおよび他のプロダクト。
デンプンは化学的方法によって修飾および可塑化され、得られた変質デンプンは3つの特徴を有する:1.疎水性。デンプンは化学修飾後に完全に疎水性であり、含水率は<1%, which="" has="" good="" compatibility="" with="" other="" synthetic="" polymer="" materials.="" 2.="" temperature="" resistance.="" modified="" starch="" can="" withstand="" a="" high="" temperature="" of="" 230="" ℃="" during="" the="" thermoplastic="" processing="" without="" turning="" yellow="" or="" decomposing.="" 3.="" thermoplasticity.="" modified="" starch="" can="" be="" thermoplastic="" processed="" on="" plastic="" processing="" equipment.="" the="" starch-based="" plastics="" produced="" by="" the="" company="" are="" divided="" into="" two="" series:="" bio-based="" and="" biodegradable.="" according="" to="" different="" processing="" techniques,="" they="" are="" divided="" into="" blown="" film="" materials,="" injection="" molding="" materials,="" sheet="" materials="" and="" foam="" materials.="" they="" can="" replace="" ordinary="" petrochemical="" plastics="" and="" are="" widely="" used="" in="" industry,="" medicine,="" packaging="" of="" food,="" electrical="" appliances="" and="" other="" products,="" tableware,="" kitchenware,="" toys,="" and="" flower="" planting.="" in="" this="" way,="" a="" large="" amount="" of="" oil="" resources="" are="" saved,="" carbon="" dioxide="" emissions="" are="" reduced,="" and="" the="" harmless="" treatment="" of="" garbage="" is="" realized.="" it="" is="" also="" conducive="" to="" promoting="" agricultural="" development="" and="" farmers'="" income,="" and="" promoting="" the="" vigorous="" development="" of="" circular="">
2018年7月12日、Yu Longは世界で初めてデンプン生分解性材料全体の開発と工業化に成功したと報告されました。
製品のメリット
従来のプラスチック製品と比較して、澱粉系の材料および製品の利点は、次の側面で示されています。
(1)類似の性能:それは同じ種類の従来のプラスチック製品と同じと同様の性能を有する。
(2)環境保護:デンプンベースのバイオベースのプラスチックおよび製品は、石油資源を節約し、二酸化炭素排出量を削減する利点を有する。デンプンベースの生分解性プラスチックおよび製品は、完全に生分解性、堆肥化可能であり、ゴミの無害な治療を実現するという利点があります。
(3) 安全性:澱粉系の材料および製品には、可塑剤、ビスフェノールA、重金属、その他の有害物質が含まれていません。食品グレードの材料は、関連する国内外の食品グレードのプラスチック規格の要件を満たしています。
(4)生産プロセス:生産工程中に3つの廃棄物が排出されず、環境に新たな汚染が生じず、廃棄物は排出されません。
(5)コスト:デンプン系バイオベースのプラスチック材料と製品は、通常の石油プラスチック製品と同じであり、澱粉系の生分解性材料および製品のコストは、通常の石油プラスチックの約2倍です。
アプリケーションの見込み客
プラスチック製品に対する消費者の嗜好が徐々に変化する中、再生可能な環境に優しい材料が市場でますます人気を集めています。この影響を受けて、バイオベースのプラスチックの需要が増加しています。政府によるバイオプラスチックに重点を置く世界のバイオプラスチック需要の総額は、2020年には59億米ドルに増加し、年間平均成長率20%に相当すると予想されています。
最近、フランス議会はエネルギー転換とグリーン成長に関する法律を可決しました。新法には、フランスのエネルギー構造における原子力エネルギーの割合を減らすことに加えて、再生可能エネルギーとプラスチック包装に関する立法案も含まれています。例えば、再生可能エネルギーは2030年までに40%増加し、2030年には二酸化炭素排出量が40%削減される。果物や野菜の包装に使用される軽量包装袋は、2017年1月1日からバイオベースの材料で作る必要があります。また、商用メールに使用されるプラスチック包装も同時に同じ基準で実装されます。フランス政府の最新の法律では、食器、カップ、フォークなどの使い捨て食器は、石油ベースの原材料ではなく、バイオベースの原材料で作る必要があります。
RnR Market Researchの市場アナリストは最近、バイオベースのプラスチックに対する世界的な需要は、今後4年間で年間成長率19%で増加し、2017年には市場需要が95万トンに達すると予測しています。ヨーロッパは、バイオベースのプラスチックの世界最大の消費者市場です。2012年には、この地域でのバイオベースのプラスチックの使用は、世界全体の半分以上を占めました。調査報告書によると、従来のプラスチックと比較して、ヨーロッパ諸国の消費者は新しいバイオベースのプラスチック製品を選択する傾向が高くなっています。したがって、この地域は、バイオベースのプラスチック消費ランキングを引き続きリードすることが期待されています。タイプの面では、デンプンベースのプラスチックとポリ乳酸は、今後数年間で最も需要の高いバイオベースのプラスチックであり、市場消費は全体の60%以上を占めるでしょう。RnR Market Researchによると、近年、様々な国が連続してプラスチック規制を発行し、従来のプラスチックの使用に対する監督を継続的に強化しており、バイオベースのプラスチック、特にデンプンベースのプラスチックの需要をさらに高めるのに役立つと述べた。
2013年、国務院は「バイオ産業開発計画」を発行しました(以下「計画」といいます)。「プラン」では、バイオベースの材料、バイオベースの化学品、新しい発酵製品の工業化、促進、応用が加速し、バイオベースの製品も確立すると指摘しました。バイオベースの製品消費の証明メカニズム、研究、開発
我々は特許を取得した完全な生分解性フィルムとPVAバッグを提供し、すべての製品は鋳造装置によって作られ、従来のブロー成形製品とは異なり、すべてのブロー成形製品は非完全生分解性です。PVAフィルムやバッグを、完全な透明色と色彩で製作できます。そしてPVAのフィルムは従来のブロー成形品より滑らかである。
また、有機材料の完全な生分解性フィルムと袋を特許取得済みの原料と生産プロセスで提供しています。
PVAフィルムおよびバッグ製品の詳細については、以下をご覧ください。
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/