Biologisch abbaubare Polymere in Klebesystemen
Soja-Klebstoffe können für die Herstellung von semi-wasserfestem Sperrholz und zur Beschichtung einiger Arten von Papier verwendet werden.
Bedeutende Fortschritte wurden in den letzten 20 Jahren in der Entwicklung von biologisch abbaubaren Polymeren hergestellt. Diese Materialien wurden in einer Vielzahl von Formen entwickelt, und haben somit potentielle Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen. Viele dieser Polymere sind für Klebstoffanwendungen geeignet, wie beispielsweise umweltfreundliche Verpackungen, recyclebar Umschlag Klebstoffe und biomedizinischen Vorrichtungen.
Biologisch abbaubare Polymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe sind auch als preiswerte Alternativen zu erdölbasierten Rohstoffen gesehen zu werden. Industrien, die diese Materialien entwickeln werden Wachstum sehen, da der Preis für Rohöl klettern und die Verfügbarkeit von fossilen Brennstoffen hält beginnt zu schwinden. Anwendungen für solche Materialien auf biologischer Basis sind weit verbreitet in den Bereichen Kunststoffe, Beschichtungen und Klebstoffe.
Definition von „biologisch abbaubar“
Alle diese Polymere kommen unter der breiteren Kategorie der „umweltverträglich abbaubar“ Polymere. Für die Zwecke dieses Artikels bedeutet der Begriff „biologisch abbaubar“ auch „umweltverträglich abbaubar.“
Die meisten synthetischen Polymere sind nicht biologisch abbaubar. Polymere, wie Polyethylen und Polypropylen, können in der Umwelt vorhanden sind seit vielen Jahren nach ihrer Verfügung. Biologisch abbaubare Polymere werden im allgemeinen durch Polymerisation von Bio-Rohstoffen gewonnen. Diese Rohstoffe werden entweder isoliert aus Pflanzen und Tieren oder durch moderne industrielle Prozesse synthetisiert. Beispiele für biologisch abbaubare Polymere sind in Tabelle 1 zur Verfügung gestellt.
Stärkebasis Biodegradable Polymers
Stärke ist ein reines, natürliches Biopolymer in den Wurzeln, Samen gefunden und Stengel von Pflanzen, wie Mais, Weizen und Kartoffeln. Es ist für eine chemische Modifikation in ein thermoplastisches Material für verschiedene Anwendungen geeignet. Stärke ist vollständig biologisch abbaubar und auf Basis nachwachsender Rohstoffe. So wird seine Verwendung in kommerziellen Klebstoffverbindungen und in Kunststoffen Umweltschäden minimieren.
Stärke könnte der ursprüngliche biologisch abbaubare Klebstoff sein. Es spielt eine sehr große Rolle in der industriellen Produktion, vor allem die Verpackungsindustrie. Klebstoffe auf Stärkebasis werden zum Verkleben von Papierprodukten und anderen porösen Substraten hauptsächlich verwendet. Die meisten Wellpappe-Kartons für die Herstellung ist leicht mit Klebstoffen auf Stärkebasis verklebt.
Klebstoffe auf Stärkebasis, hergestellt aus Kartoffel und andere Stärken, werden zum Verkleben von Papierprodukten und anderen porösen Substraten hauptsächlich verwendet.
Es gibt viele Vorteile für die Stärkeklebstoffe. Sie sind leicht verfügbar, kostengünstig und einfach Wasser-Dispersion aufzutragen durch. Sie gelten als die am wenigsten teure Klasse von Papier-Verpackung Klebstoff sein. Formulierte Stärkeklebstoffe können heiß oder kalt aufgetragen werden. Die Klebstoffe werden in der Regel an den Endverbraucher als Pulver zur Verfügung gestellt und mit Wasser vermischen vor dem Gebrauch eine relativ dicke Paste zu bilden. Stärke und Dextrin Heilung durch den Verlust von Feuchtigkeit; da diese Klebstoffe zu einem duroplastischen Struktur heilen, haben sie eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit. Ein weiterer Vorteil ist die sehr langsame Härtungsgeschwindigkeit, ausreichend Montagezeit ermöglicht. Nachteile sind eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und Schimmelwachstum.
Polyvinylalkohol (PVOH) mit Stärke vermischt leicht biologisch abbaubaren Polymere herzustellen. Der PVOH ist sehr wasserlöslich, und die Stärke PVOH-Mischungen werden daher durch Hydrolyse und biologischen Abbau der Zuckermoleküle abgebaut. Tabelle 4 identifiziert einen Teil der Stärke-PVOH Mischungen, die im Handel erhältlich sind.
Als Stärke vollständig biologisch abbaubar und leicht erneuerbar ist, wird es weiterhin ein wichtiger Bestandteil der Biopolymers Industrie.
Andere Pflanzenbasierte Rohstoffe
Leinöl ist ein gemeinsamer Einsatzstoff für Harze und Beschichtungen. Es kann mehrere Hochleistungspolymerharzen ableiten, einschließlich Polyesteramid verwendet werden. Hanföl-basierte Produkte sind für Außenbeschichtungen entwickelt. Das Material zeichnet sich durch hohe Umweltbewusstsein und wird aus einer erneuerbaren Ressource abgeleitet.
Biologisch abbaubarer Polyester
Die potentiell hydrolysierbare Esterbindungen von Polyestern machen sie bedeutende Rohstoffe bei der Entwicklung von biologisch abbaubaren Polymeren. Die Familie der Polyester besteht aus zwei Hauptgruppen hergestellt: aliphatischer (linear) Polyester und aromatischen (Ringstruktur) Polyestern. Biologisch abbaubarer Polyester, die im Handel entwickelt wurden und die in der Entwicklungsphase ist in Tabelle 5 gezeigt.
Alle Polyester degradieren schließlich mit der Hydrolyse der vorherrschende Mechanismus ist. Aliphatische Polyester werden häufig verwendet, da sie leichter biologisch abbaubar als aromatische Polyester sind. Synthetische aliphatische Polyester sind im Boden biologisch leicht abbaubar. Diese aliphatischen Polyester sind jedoch teurer und es fehlt ihnen die mechanische Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen. Aliphatische Polyester werden häufig mit Stärke kombiniert, um die Materialkosten zu reduzieren. Es werden Zusammensetzungen mit Nanoclay Verstärkungsvermische mechanische Eigenschaften und die Barriereleistung in Lebensmittelverpackungsanwendungen zu verbessern. Polymilchsäure (PLA) ist das am häufigsten verwendete bioabbaubare Polyester.
PLA hat eine hohe Polarität, ist es schwierig zu halten machen. Verbindungsschichten müssen in der Regel um eine Bindung zu schaffen, um unpolare PE und PP in Mehrschichtstrukturen verwendet werden. PLA hat eine ausgezeichnete Heißsiegelleistung. PLA-basierte Materialien, wie sie von Natureworks LLC unter dem Handelsnamen Natureworks produziert, werden am häufigsten in der Verpackung als Tiefziehtprodukte wie Trinkbecher, takeout Nahrungsmittelbehälter und andere Behälter verwendet.
Klebstoffe auf Sojabohnenbasis
Einkomponenten-Klebstoff Sojabohnenformulierungen sind trockene Pulver. Sojabohnenpulver enthalten sowohl Protein und Kohlenhydrate. wie Calciumhydroxid - - für Klebstoffe wird das Mehl im allgemeinen in wässrigem Natriumhydroxid und andere alkalische bivalente Metallionen dispergiert sind eingebaut Arbeitszeit zu verlängern, und die Wasserbeständigkeit zu verbessern.
Soybean Klebstoffe werden in der Regel nur über begrenzte Wasserbeständigkeit in Betracht gezogen, aber, wie Caseinleime, erholen ihre Stärke beim Trocknen. Sie sind anfällig für Schimmelwachstum, sondern eine Reihe von Konservierungsmitteln zur Verfügung steht, wie Pentachlorphenol, Kupfernaphthenat und Tributylzinnoxid. Fungiziden bieten auch einen gewissen Grad an Termitenschutz.
Viele polyfunktionelle Materialien sind als Vernetzungsmittel für Sojaproteine verwendet. Typisches Denaturierungsmittel und Vernetzungsmittel schließen Schwefelverbindungen wie Schwefelkohlenstoff; lösliche Metallsalze; Epoxide; und Formaldehydspendern, wie Dimethylharnstoff oder Trimethylphenol. Geringere Anteile (in der Regel unter 1% des Trockengewichtes von Sojabohnenmehl) sind ausreichend. Füllstoffe, wie Holzmehl, Walnussschalenmehl und Ton, die Kosten zu senken, sondern auch der Klebstoff des Leistungseigenschaften senken.
Soybean Leime, wie Blut klebt, kann sicher in der Kälte für Holz Laminierung verwendet werden. Doch für die schnelle Herstellung von Anordnungen, bei denen mehrere Härtungszyklen pro Stunde durchgeführt werden, ist es notwendig, Temperaturen bis zu 140 ° C bei Drücken von 175-200 psi auf das Gelenk aufgebracht zu verwenden.
Andere biologisch abbaubare Polymere
EVOH ist ein weiteres wasserlösliches synthetisches Polymer, das häufig als eine Sauerstoffsperrschicht in mehrschichtigen Folienverpackungen verwendet. Es kann als eine wirksame Bindeschicht beim Laminieren mehrschichtigen Produkt verwendet werden. Die hohen Kosten von EVOH ist ein großes Hindernis für seine weit verbreitete Verwendung in biologisch abbaubaren Kunststoffen.
Foto-Biodegradable Plastics
Photo-abbaubare Polymere sind Polymere, in die lichtempfindlichen chemischen Zusätze oder Copolymere eingearbeitet, um worden, um die Bindungen des Polymers in Gegenwart von UV-Strahlung zu schwächen. Fotoabbaubare Polymere sind so konzipiert, werden schwach und brüchig, wenn für längere Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt. Photosensibilisatoren verwendet, enthalten Diketone, Ferrocenderivate und Carbonylgruppen enthaltende Spezies. Diese Kunststoffe zersetzen in einem zweistufigen Verfahren, mit UV-Licht zunächst die molekularen Bindungen zu brechen.
Der Hauptunternehmen, die diese abbaufördernden Zusätzen ist EPI Environmental Technologies, Conroe, TX entwickelt hat. Ihre Produkte sind Handels namens TDPA oder Total Abbaubare Plastic Additives. Polymere mit modifizierten TDPA progressiv abbauen zu senken und niedrigeren Molekulargewichten. Sie werden spröde, zerfallen und schließlich verdaut durch Mikroorganismen.
Aktuelle Geschäftliche Aktivitäten in Biodegradable Adhesives
Bio-Rohstoffe finden nun ihren Weg in die Klebstoffe Anwendungen, bei denen das Recycling und Umweltbelange wichtig sind. Beispiele hierfür sind eine Familie von harmlos, reaktiver, auf Zuckerbasis Monomere Ecomer (EcoSynthetix Inc. Lansing, MI) bezeichnet. Die Copolymerisation dieser Monomeren mit Acrylmonomeren wird in Zuckerbasis Acrylhaftklebern für die Wiederverwertung geführt hat. Dieser Klebstoff ist in umweltfreundlichen, selbstklebenden Briefmarken verwendet wird.
PSAs sind ebenfalls an der University of Delaware aus Pflanzenölderivate, wie Fettsäuremethylester entwickelt werden. Die rheologischen Eigenschaften der resultierenden Polymere sind vergleichbar mit Erdöl basierenden Polymeren in druckempfindlichen Klebstoffen verwendet.
Natur basierende Klebstoffe sind auch aus Komponenten in der Forstwirtschaft formuliert. Eine Reihe von Ländern haben sich bemüht, Klebstoff für die Spanplattenherstellung aus den Rinden von ihren einheimischen Bäumen zu extrahieren. Diese Hölzer haben in der Regel einen hohen Gehalt an Tanninen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für relativ teure Phenolharze. Spezielle Formulierungen wurden mit den Kombinationen von Tanninen mit Melamin-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd und Isocyanaten. Klebstoffe Sulfitablauge aus der Forstindustrie verwendet haben auch als Span- Klebstoff entwickelt.
Die häufigste Form von Harzklebstoff aus der Oleoresin des Kiefers gefertigt. Dieses Material wird entweder in Lösungsmittellösung oder als Hotmelt-Mastix verwendet. Es hat eine schlechte Beständigkeit gegenüber Wasser und Oxidation. Klebkräfte sind moderat und entwickeln sich schnell; damit dieser Klebstoff wird oft für die vorübergehende Befestigung verwendet.
Chemiker sind seit langem bekannt, dass ein Material Muscheln sezernieren, die aus einem gehärteten Matrix aus Proteinen bestehen. Diese Proteine bilden extrem harten Fasern, die fast alles halten, und unter fast allen Bedingungen. Genau wie diese Proteine miteinander verknüpfen ein Klebematerial, genannt Byssus bereitzustellen, hat bis vor kurzem bleibt ein Rätsel.
Forscher an der University of California-Santa Barbara haben die Muschel untersucht und festgestellt, dass das Geheimnis um die Klebrigkeit der Muschelkleber scheint 3,4-dihydroxyphenylalamine (DOPA) zu sein. DOPA ist ein in großen Mengen in den Bindungsmuschel Proteinen gefunden Aminosäure. 4 Weitere Forschung an der Purdue University zeigt an, dass ein weiterer wichtiger Bestandteil in dem Muschelkleber ist Eisen. 5,6 Die Muschel erhält Eisen durch sie direkt von seinem umgebenden Wasser filtert. Es verwendet die Eisen als „Vernetzer“. Ein einzelnes Atom Eisen binden an drei DOPA-Seitenketten. Andere bioverfügbaren Metallionen scheinen nicht über diese Vernetzung zu bringen.
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