- •Методические указания к лекционному курсу «Биотехнология композиционных материалов»
- •2.Классификация , виды и применение композиционных материалов.
- •3.Основные способы получения композиционных материалов.
- •4.Экологические проблемы продуктов полимерной химии и композитов.
- •5. Биокомпозиционные материалы.
- •2. Теории и модели склеивания и адгезии.
- •4.Способы регуляции адгезивных свойств клеев.
- •2 Химическая и биологическая модификация и трансформация органических отходов.
- •3 Влияние химической модификации и сшивок на адгезивные и физико-механические свойства органических отходов.
- •4 Биотехнология клеев из органических отходов биосинтеза микробных полисахаридов - дестрана, ксантана и др.
- •2 Классификация прессованных материалов
- •3 Связующие и добавки, применяемые в промышленности для изготовления древесных композитов
- •1.2Технология получения экологически чистых плит
- •2 Перспективные технологии экологически безопасных биопластиков с применением продуцентов полисахаридов.
- •3 Перспективные технологии получения экологически безопасных биопластиков с применением модифицированных органических отходов.
- •3.Классификация и применение органических полимеров и пленок.
- •4. Органические искусственные полимеры
- •5.Органические природные полимеры.
- •2.Классификация сырья и биоразлагаемых полимеров из них.
- •3.Характеристики биоразлагаемых полимеров и их применение.
- •2. Химические методы «сшивки» компонентов полимеров. Вулканизация, применение пероксидов, свободных радикалов, бифункциональных сшивающих агентов.
- •3. Биологические (биотехнологические) методы «сшивки» компонентов полимеров. Реакционные группы биополимеров, участвующих в сшивке. Физико-химические свойства и применение трансглютаминазы.
3.Характеристики биоразлагаемых полимеров и их применение.
Таблица 3 - Характеристика основных биоразлагаемых материалов, их области применения, методы переработки.
Название биоразла-гаемого материала |
Характеристика |
Возможное применение |
Методпереработки |
1 |
2 |
3 |
4 |
Крахмал*
|
По механическим свойствам приближается к обычным полимерам (например, полипропилену), устойчив к воздействию жиров и алкоголя. Значительное различие в свойствах зависит, в частности, от соотношения амилопектина и амилозы, а также других добавок. Может подвергаться компостированию |
Упаковка продуктов питания и личной гигиены: хозяйственные пленки, термоформованные изделия; агротехнологии; изделия спортивного и медицинского назначения |
Экструзия, термоформование, литье под давлением, экструзионно-раздувное формование |
Целлюлоза*
|
Обладает высокой механической прочностью, не растворяется в воде и органических растворителях; не плавится. Под воздействием кислот легко гидролизуется. Разновидности: ацетилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, целлулоид и др. |
Изделия ежедневного применения (детали ручек, очков), строительного и спортивного назначения, игрушки |
Специальные методы переработки
|
Желатин* |
Обладает студнеобразующей способностью, набухает в холодной воде и растворяется в горячей. |
Упаковка пищевых продуктов, парфюмерия, лекарственные препараты |
Метод температур- ного прессования |
1 |
2 |
3 |
4 |
Хитин и хитозан* |
Как и хитин, хитозан представляет собой аморфно-кристаллический полимер, но в отличие от него, получаемый при его деацетилировании хитозан растворяется даже в разбавленных органических кислотах. Хитозан обладает вязкостью, высокой способностью к химической модификации благодаря наличию реактивных амино - и гидроксильных групп, обладает высокой механической прочностью. |
Плёнки для предотвращения отсыревания, уменьшения образования бактерий и увеличения срока годности при хранении скоропортящихся продуктов, таких как свежие фрукты и овощи, для упаковочной обёртки готовых блюд |
Экструзия, термоформование |
PHA
|
Физико-химические свойства зависят от состава – более 100 различных мономеров может применяться для достижения требуемых свойств. Наличие свойств как термопластов (PHB, PHV), так и эластомеров. Высокие барьерные свойства. Может подвергаться компостированию |
Упаковка продуктов питания, личной гигиены; электрические, химические и медицинские производства; биокомпозиты; пеноматериалы |
Экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформов ание, литье под давлением |
PLA
|
Свойства зависят от стереохимического состава и могут приближаться к свойствам к ПП, ПС или ПВХ |
Упаковка (в том числе сельскохозяйствен-ного и строительного назначения), волокна и волокнистые материалы, элементы внутренней отделки автомобилей, биокомпозиты |
Экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформо- вание, литье под давлением |
|
|
|
|
AAC
|
Алифатическо-ароматический сополимер, который сочетает свойства биоразлагаемости алифатических частей с высокими механическими свойствами ароматических частей |
Геотекстиль; упаковка; ламинаты; материал для хранения продукции в сельском хозяйстве и строительстве |
Экструзия; термоформов ание, литье под давлением, экструзионно- раздувное формование |
PCL
|
Высокая механическая прочность и хорошие барьерные свойства (по отношению к воде и жирам), низкая температура плавления (50оС). Может подвергаться компостированию или рециклингу |
Упаковка, волокна для геотекстиля, пленки, искусственная кожа; Компонент полиуретановых лаков |
Экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформов-ание, литье под давлением, экструзионно -раздувное формование |
1 |
2 |
3 |
4 |
mPET
|
Высокая механическая прочность и хорошие барьерные свойства (по отношению к воде и жирам). Может подвергаться компостированию или рециклингу. |
Упаковка (в том числе термоформованная и вспененная), продукция сельскохозяйственного назначения |
Экструзия; термоформов ание, литье под давлением, экструзионно раздувное формование |
* - Биоразлагаемые добавки для полимерных материалов.
Пленки содержат также и другие компоненты (сшивающие агенты, пластификаторы, стабилизаторы, антиоксиданты, красители, различные наполнители и т.д.), которые все вместе и определяют способы переработки пластиков и их конечные свойства. Для биоразлагаемых полимеров очень важным является условие, чтобы все добавляемые к пластику компоненты также являлись биоразлагаемыми. Так, стандарты, касающиеся компостируемых пластиков, требуют тестирование не только самих пластиков, но и всех добавок или компонентов, добавляемых на финальном этапе в конечный продукт (например, красителей) для того, чтобы исключить негативное влияние данных добавок на компост.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И ПЛЕНОК.
1.Физические методы «сшивки» компонентов полимеров. Термическое фотохимическое и радиационное воздействие.
2. Химические методы «сшивки» компонентов полимеров. Вулканизация, применение пероксидов, свободных радикалов, бифункциональных сшивающих агентов.
3. Биологические (биотехнологические) методы «сшивки» компонентов полимеров. Реакционные группы биополимеров, участвующих в сшивке. Физико-химические свойства и применение трансглютаминазы.
1.Физические методы «сшивки» компонентов полимеров. Термическое фотохимическое и радиационное воздействие.
Реакция физического сшивания осуществляется без помощи других соединений за счет термических, фотохимических, радиационных воздействий, приводящих к образованию дополнительных поперечных связей в результате интенсификации процессов межмолекулярного взаимодействия реакционных функциональных групп макромолекул полимера.
Полимеры чаще всего сшивают применяя высокие энергии ионизирующего излучения, гамма- или рентгеновского излучения. Гамма-облучения, как правило, наиболее экономичны в более низких дозах (~ 80 кГц и ниже). Чем выше ионизирующее излучение, тем выше степень сшивки . Одним из преимуществ использования облучения для сшивания является то, что степень сшивания можно легко регулировать по количеству доз. Другое влияние на степень сшивания - окисление в процессе облучения. Кроме того, окисление может продолжаться и после облучения, изменяя свойства полимера со временем.
У таких природных полимеров как желатин, крахмал (других линейных или разветвленных полимеров), содержащих полярные группы, узлы, сшиваемые физическими методами, образованы за счет электростатических, ван-дер-ваальсовых или водородных связей. Вследствие низкой прочности узлов сшивки эти полимеры могут переходить в вязкотекучее состояние и быть частично или полностью растворимыми.
Кроме того, под действием радиации, активных форм кислорода и различных химических агентов образуются сшивки в живых организмах. Сшивки (ковалентные связи) могут образовываться между основаниями двух разных нитей ДНК, ДНК и белком или двумя аминокислотными остатками белка. Образование таких сшивок крайне опасно, так как при этом нарушается функциональная активность белков, генов, могут возникнуть мутации. С возрастом количество таких сшивок увеличивается, образуются свободные радикалы (агрессивная форма кислорода), которые вступают в химические реакции с различными веществами в наших клетках и, тем самым, разрушают (окисляют) их.