Композитный материал из кукурузного крахмала и полипропилена: Инновационное применение в биоразлагаемых коробках из кукурузного крахмала
Введение
В связи с постоянным повышением осведомленности мировой общественности о защите окружающей среды, снижение загрязнения пластиком и поощрение использования биоразлагаемых материалов стали предметом пристального внимания. Сочетание кукурузного крахмала и полипропилена (ПП) в композитных материалах для коробок из кукурузного крахмала стало важным решением для экологичной упаковки благодаря своим превосходным характеристикам и экологической чистоте. В этой статье подробно рассматриваются свойства, производственные процессы, области применения и влияние на окружающую среду композитных материалов из кукурузного крахмала и ПП, а также перспективы их дальнейшего развития.
1. Основные свойства кукурузного крахмала и полипропиленовых материалов
Свойства кукурузного крахмала
Кукурузный крахмал - это натуральный полисахарид, основными компонентами которого являются амилоза и амилопектин. Он обладает следующими свойствами:
- Биоразлагаемость: Кукурузный крахмал может разлагаться микроорганизмами в естественной среде, выделяя углекислый газ и воду.
- Изобилие ресурсов: Являясь одной из основных мировых зерновых культур, кукуруза обеспечивает обильные запасы кукурузного крахмала.
- Нетоксичный и безвредный: Как пищевой материал, кукурузный крахмал безопасен для человека.
Свойства полипропилена (PP)
Полипропилен (PP) - это термопластичный полимер, широко используемый в различных пластиковых изделиях. Он обладает следующими свойствами:
- Высокая механическая прочность: PP обладает отличной ударопрочностью и износостойкостью.
- Термостойкость: PP имеет высокую температуру плавления и остается стабильным при высоких температурах.
- Химическая устойчивость: ПП устойчив ко многим химическим веществам и не легко вступает в химические реакции.
2. Подготовка композитных материалов из кукурузного крахмала и ПП
Сочетание кукурузного крахмала и полипропилена для создания композитных материалов позволяет использовать преимущества обоих материалов, преодолевая при этом ограничения каждого из них в отдельности. Процесс подготовки включает в себя предварительную обработку сырья, смешивание, экструзию и формование.
Предварительная обработка сырья
Предварительная обработка кукурузного крахмала необходима для улучшения его совместимости с ПП. Обычные методы предварительной обработки включают:
- Сушка: Удаление влаги из кукурузного крахмала для предотвращения образования пузырьков во время обработки.
- Модификация поверхности: Использование физических или химических методов для изменения характеристик поверхности кукурузного крахмала с целью улучшения его сцепления с ПП.
Смешивание
Предварительно обработанный кукурузный крахмал и полипропилен смешиваются в определенных пропорциях. Для обеспечения равномерного смешивания обычно используется двухшнековый экструдер. В процессе смешивания добавляются пластификаторы, связующие вещества и другие добавки, которые могут дополнительно улучшить характеристики композитного материала.
Экструзия
Равномерно смешанные кукурузный крахмал и полипропиленовый композитный материал экструдируются и формуются с помощью экструдера. Контроль температуры и давления во время экструзии имеет решающее значение для обеспечения однородности и качества материала.
Формовка
Экструдированный материал формуется в коробки из кукурузного крахмала с помощью таких процессов, как литье под давлением и компрессионное формование. Строгий контроль технологических параметров во время формования обеспечивает точность размеров и качество поверхности изделий.
3.Характеристики и преимущества композитных материалов из кукурузного крахмала и полипропилена
Композитные материалы из кукурузного крахмала и ПП в коробках из кукурузного крахмала обладают следующими существенными характеристиками и преимуществами:
Отличные механические свойства
Композитный материал из кукурузного крахмала и полипропилена обладает высокой механической прочностью и жесткостью, что делает коробки из кукурузного крахмала долговечными и устойчивыми к разрушению под воздействием внешних сил.
Хорошая термостойкость
Благодаря высокой температуре плавления полипропилена композитный материал из кукурузного крахмала и полипропилена обладает хорошей термостойкостью, сохраняя стабильность при высоких температурах. Это делает коробки из кукурузного крахмала пригодными для использования в микроволновой печи и других высокотемпературных средах.
Экологичность
Биоразлагаемость кукурузного крахмала позволяет коробкам из кукурузного крахмала естественным образом разлагаться после утилизации, уменьшая загрязнение окружающей среды. Хотя полипропилен не поддается биологическому разложению, включение определенной доли кукурузного крахмала значительно снижает его воздействие на окружающую среду.
Высокая степень использования ресурсов
Сочетание кукурузного крахмала с ПП позволяет максимально использовать возобновляемые ресурсы и при этом использовать превосходные свойства ПП. Такое высокое использование ресурсов способствует устойчивому развитию.
4. Области применения композиционных материалов из кукурузного крахмала и ПП
Композитные материалы из кукурузного крахмала и полипропилена в коробках из кукурузного крахмала имеют широкие перспективы применения в различных областях, включая упаковку для пищевых продуктов, посуды, медицинских препаратов и сельскохозяйственных инструментов.
Упаковка для пищевых продуктов
Коробки из кукурузного крахмала могут использоваться для различных видов пищевой упаковки, например, контейнеров для фастфуда и стаканчиков для напитков. Превосходные механические и термостойкие свойства делают их выгодными для использования в пищевой промышленности, особенно в сценариях с высокой частотой использования, например, для еды на вынос или фастфуда.
Посуда
Из коробочек с кукурузным крахмалом можно также изготовить одноразовую посуду - ножи, вилки и ложки. Эти предметы естественным образом разлагаются после использования, не вызывая загрязнения окружающей среды, что делает их идеальными для мероприятий на открытом воздухе и банкетов.
Медицинские принадлежности
В медицине коробки из кукурузного крахмала могут использоваться для производства одноразовых медицинских принадлежностей, таких как коробки для таблеток и контейнеры для реагентов. Эти материалы можно безопасно утилизировать после использования, что снижает воздействие медицинских отходов на окружающую среду.
Сельскохозяйственные инструменты
Коробки из кукурузного крахмала также можно использовать для создания сельскохозяйственных инструментов, таких как лотки для рассады и цветочные горшки. Их биоразлагаемость дает уникальные преимущества в сельском хозяйстве, поскольку после использования их можно сразу закапывать в почву, не оставляя никаких отходов.
5. Воздействие на окружающую среду композитных материалов из кукурузного крахмала и полипропилена
Сочетание кукурузного крахмала и полипропилена в композитных материалах для коробок из кукурузного крахмала имеет положительный экологический эффект, прежде всего в следующих областях:
Сокращение загрязнения окружающей среды пластиком
Традиционные пластиковые изделия трудно разлагаются в природной среде, вызывая сильное загрязнение. Коробки из кукурузного крахмала могут разлагаться естественным образом, уменьшая загрязнение пластиком и защищая экологическую среду.
Снижение выбросов углекислого газа
Хотя при разложении коробок из кукурузного крахмала выделяются углекислый газ и вода, общий объем выбросов углерода в течение всего жизненного цикла коробок ниже благодаря их растительному происхождению, что способствует сокращению выбросов парниковых газов.
Содействие устойчивому развитию
В качестве сырья для коробок с кукурузным крахмалом используются возобновляемые ресурсы, что соответствует целям устойчивого развития и способствует переходу к экологичному обществу с низким уровнем выбросов углекислого газа.
6. Вызовы и перспективы
Несмотря на многочисленные преимущества композитных материалов из кукурузного крахмала и полипропилена в коробках из кукурузного крахмала, в практическом применении остается ряд проблем, таких как высокая стоимость и улучшение эксплуатационных характеристик. Ожидается, что с постоянным технологическим прогрессом и реализацией крупномасштабного производства эксплуатационные характеристики и стоимость коробок из кукурузного крахмала будут еще более оптимизированы, что приведет к расширению сферы их применения.
Вопросы стоимости
В настоящее время стоимость производства коробок из кукурузного крахмала относительно высока из-за сложности модификационной обработки и производственных процессов. Для снижения стоимости и повышения конкурентоспособности по сравнению с традиционными пластиковыми изделиями необходимы будущие инновации в области технологий и крупномасштабного производства.
Улучшение производительности
Несмотря на то, что композитные материалы из кукурузного крахмала и ПП обладают хорошими механическими и термостойкими свойствами, по сравнению с изделиями из чистого ПП этот показатель все еще не достигнут. Для улучшения общих характеристик коробок из кукурузного крахмала необходимы дальнейшие исследования технологий и процессов модификации.
Продвижение на рынке
Как новый материал, коробки из кукурузного крахмала нуждаются в более широком признании и осведомленности рынка. Будущие усилия должны быть направлены на просвещение, информационные кампании и политическую поддержку, чтобы способствовать принятию и применению коробок из кукурузного крахмала на рынке.
Заключение
Композитные материалы из кукурузного крахмала и ПП в коробках представляют собой экологически чистый и биоразлагаемый новый материал с отличными механическими свойствами, термостойкостью и экологическими преимуществами. Они имеют широкие перспективы применения в пищевой упаковке, посуде, медицинских препаратах и сельскохозяйственных инструментах. Несмотря на трудности практического применения, технологический прогресс и продвижение на рынке обещают, что коробки из кукурузного крахмала будут играть важную роль в области экологически чистых материалов, способствуя достижению целей устойчивого развития.
