澱粉ベースのポリマー
粉末には真の熱可塑性はありませんが、可塑剤（水、グリセリン、ソルボースなど）の添加、剪断、高温（90°C〜180°C）で注射に使用でき、澱粉を溶かして液化できます。 。 、合成プラスチックなどの押出成形、ブロー成形装置。 この組み合わせ（デンプン、水、熱）により、デンプンの糊化、つまり顆粒組織の分解が保証されます。 分子が水素結合の切断を要求すると、デンプンが糊化して粘稠なスラリーを形成します。つまり、デンプンベースのポリマーが形成されます。
中国語の名前
澱粉ベースのポリマー
マトリックス
澱粉
生産する方法
溶解キャスティング
外国名
アミロイドポリマー
生産開始
澱粉抽出
分解性
完全に生分解性
頭
記録
1でんぷん加工
2デンプンベースのポリマーの製造
生産開始
非構造化変更
3つの生分解性ポリマー
4澱粉ベースのポリマー分解メカニズム
1でんぷん修飾エディター
澱粉は粒子の形で存在し、結晶領域と非結晶領域があります。 元の澱粉の多くの特性は、粘度の熱安定性、糊化特性、溶解性などの実用的な用途の要件を満たせないため、物理的、化学的、生化学的に採用されています。 この方法は、元のデンプンの構造的、物理的、化学的特性を変更して、特定の特性と用途を生み出します。
澱粉粒のサイズは、澱粉プラスチックが作られるフィルムの厚さに関係しています。 澱粉粒は冷水に不溶ですが、乾燥した天然澱粉を冷水に入れると、小さな分子が澱粉粒に入るだけの限られた可逆的な膨潤過程を経ます。 アモルファス部分は、遊離親水基と組み合わさって、デンプンをデンプン顆粒の膨潤させて、元の特性および結晶複屈折を維持します。 デンプン懸濁液が特定の粒子サイズに加熱されると、デンプン顆粒が突然膨張し、懸濁液は粘稠なゼラチン状溶液になります。 この現象は澱粉の糊化と呼ばれ、澱粉糊化の性能は澱粉プラスチックの製造と密接に関係しています。 デンプンには可塑性がないため、元のデンプンの構造的、物理的、化学的特性を変更するように変更する必要があり、その結果、特定のプラットフォームと用途になります。 処理されたデンプンは、総称して化工デンプンと呼ばれる。 水中での溶解度、粘度、膨張率、流動性、凝固、熱感受性などの加工デンプンの多くの物理的特性は、元のデンプンより優れており、超吸水、水不溶性、可塑性などのいくつかの新しい特性があります。本来のでんぷんにはない性質であり、これらの特性を利用して新製品を開発することができます。
2澱粉ベースのポリマーの生産編集
生産開始
デンプンポリマーの生産は、デンプン植物の供給源に依存するデンプンの抽出で始まり、続いて繊維の分離、漂白、および乾燥して純粋なデンプンを生成します。 目的のデンプンポリマーの特性に応じて、デンプンは乾燥前と乾燥後に化学修飾されて、熱可塑性材料に変換されます。これは、押出機、連続押出と混合、または複合押出混合ステップによってのみ達成できます。
かつて、でんぷんプラスチックの主な製造方法は溶解キャスティングでした。 この方法では、デンプンを適切な溶媒に溶解して、粘性のある溶液を十分に流して、キャスティングの表面での迅速な分散を確実にします。 溶液を流延した後、乾燥するとフィルムが得られる。 研究者が使用する技術には、フィルムの歩留まりが低く、生産時間が長いといういくつかの欠点があります。 工業的には、大きな回転ドラムの小さなスリットによって、または金属ベルトを動かすことによって供給が実行されます。 作業領域から有機溶剤を除去するためにマスクを使用できます。
非構造化変更
強化プラスチックの充填剤として使用されることに加えて、天然デンプンは熱処理特性が低く、デンプンを非構造修飾してバイオプラスチックにする必要があります。 さらに、機械的特性とバリア特性を改善するために、他のポリマーや可塑剤と混合する必要があります。 主な構造化されていない物質は水であり、これは2つの役割を果たし、デンプンのゼラチン化（高分子間のほとんどの水素結合の破壊によるデンプンの膨潤による粘着性パッチの形成）と可塑剤としての役割を果たします。 ただし、水に加えて、溶融温度を下げるために追加の可塑剤が必要です。
純粋な乾燥デンプンの場合、溶融温度は220°C〜240°Cで変化し、この範囲にはデンプン分解開始温度が含まれます。 ポリオールなどの非揮発性可塑剤を添加すると、溶融温度が低下し、高温およびせん断下でデンプンを熱可塑性デンプン（TPS）と呼ばれる熱可塑性熱可塑性樹脂に加工できます。 さらに、膜の水分活性を低下させることにより、微生物の増殖を抑制することができます。 熱可塑性プラスチックの加工では、デンプンに含まれる水と添加された可塑剤がデンプンと水素結合を形成し、デンプンの分子ヒドロキシル基間の強い相互作用を置き換えて一種の熱可塑性プラスチックに変換するため、不可欠な役割を果たします。
3生分解性ポリマー編集
バイオベースまたは生分解性のポリマーに関しては、これらの材料の生分解性を実証することが重要です。 米国材料試験協会と国際標準化機構は、特定の環境で主要な化学構造変化を起こすプラスチックを生分解性プラスチックと定義しています。 標準的な方法に従ってテストされたこれらの変更により、物理的および化学的特性が失われます。 バイオベースのポリマーは、生分解性ポリマーまたは非生分解性ポリマーであり得る。 例えば、デンプンベースのポリマーは一般に生分解性ですが、結晶性ポリ乳酸はほとんど分解されません。 現在、科学者は3つの主要なタイプの高分子材料に焦点を当てています。
最初のタイプは、生分解性の伝統的なプラスチックです。 ポリマー材料の表面が土壌と接触すると、材料は滑らかに劣化します。 土壌中のマイクロマテリアルはプラスチック粒子を分解することはできませんが、支持マトリックスの急速な崩壊を引き起こします。 通常、この材料には、炭素またはガラス繊維で補強された不朽の石油ベースのマトリックスがあります。
2番目のカテゴリは、従来の合成プラスチックよりも速く分解する部分的に分解可能な高分子材料です。 そのようなプラスチックの典型的な製造方法は、従来のマトリックス（石油ベース）の周りに天然繊維を取り囲むことを含みます。 微生物は処理されると、体内の天然高分子を消費します。 残っているのは構造が弱く、エッジが粗く、さらに劣化する可能性がある材料です。
最後のカテゴリである3番目のカテゴリは、現在、研究者や業界にとって非常に興味深いポリマー材料です。 これらのプラスチックは完全に生分解性であり、ポリマーマトリックスはデンプン、微生物成長ポリマーなどの天然素材に由来し、強化繊維は亜麻や麻などの一般的な作物に由来します。 温度、湿度、酸素の適切な条件下で、生分解によりプラスチックが非毒性または環境にやさしい残留物質に分解され、微生物によって二酸化炭素と水に完全に分解されます。
4澱粉ベースのポリマー分解メカニズム編集
ポリマーの分解メカニズムはあまり明確ではない。 一般に、生分解のメカニズムは単一のメカニズムではなく、加水分解や酸化、生物学的作用、物理化学などの他の物理的および化学的影響を伴う複雑な生物物理学的および生化学的作用であると考えられています。 役割はお互いを促進し、相乗効果をもたらします。 デンプンは、微生物の作用によりグルコースに分解され、最終的に水と二酸化炭素に代謝される2つの天然生分解性ポリマーです。
デンプンベースのポリマーの分解は2つのプロセスに分けることができます：デンプンは菌類や細菌などの微生物に攻撃され、徐々に消え、ポリマーに多孔質の破壊構造が形成され、機械的強度が低下して表面が増加しますポリマーの領域。これにより、自然分解がさらに促進されます。 デンプンの分解は、プロオキシダントとセルフオキシダントの作用を引き起こし、ポリマーの長鎖を切断し、ポリマーの相対分子量が微生物によって代謝されるのに十分なほど小さくなり、最終的に水になるまで、ポリマーの相対分子量を小さくすることができます。形成されます。 二酸化炭素などの低分子化合物は自然の循環に入ります。 これら2つのプロセスは相互に強化されています。
デンプンベースの分解性プラスチックの生分解性は、デンプンの連続相の存在によって発生します。これにより、微生物と酵素が膜のデンプン含有量に迅速にアプローチします。
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