Zanieczyszczenie plastikowymi odpadami oraz jego wpływ na środowisko i zdrowie człowieka stały się poważnym problemem. W odpowiedzi na to wzrasta zainteresowanie rozwojem odnawialnych i przyjaznych dla środowiska materiałów. Skrobia, będąca obfitym i odnawialnym surowcem, jest atrakcyjną opcją dla produkcji bioplastików. Jednak jej wrodzona kruchość, hydrofilność i ograniczenia termiczne utrudniały jej szerokie zastosowanie.
Aby poradzić sobie z tymi wyzwaniami, grupa badaczy z Państwowego Kluczowego Laboratorium Inżynierii Papierniczej i Celulozowej na Uniwersytecie Technologicznym Południowej Chin przedstawiła nową strategię tworzenia w pełni bioopartych plastików skrobiowych o ulepszonych właściwościach. Badacze skupili się na poprawie elastyczności, zdolności do wodoodporności, przetwarzalności termicznej i zdolności do samodostosowania.
Kluczem do poprawy właściwości plastików skrobiowych jest osłabienie wiązań wodorowych między ich łańcuchami cząsteczkowymi. Badacze osiągnęli to, konstruując sieć o regulowanej adaptacji poprzez reakcję Schiffa między dialdehydem skrobi a diaminy bazującej na olejach roślinnych. Ta reakcja tworzyła dynamiczne wiązania iminowe, które mogły być łamane i odbudowywane odwracalnie pod wpływem podgrzewania, co prowadziło do znacznie lepszej przetwarzalności termicznej.
Dodatkowo, wprowadzenie długich łańcuchów alifatycznych do diaminy poprawiło elastyczność i hydrofobowość plastików skrobiowych poprzez zwiększenie hindrancesyjności cząsteczek skrobi. Otrzymany plastik skrobiowy wykazywał doskonałą elastyczność, zdolność do wodoodporności oraz samouzdrawialne właściwości. Co więcej, skuteczność samouzdrawiania się sięgała ponad 88% pod względem właściwości mechanicznych, umożliwiając naprawę zarówno zadrapań, jak i dużych uszkodzeń poprzez prosty proces podgrzewania i uciskania.
Ta innowacyjna strategia projektowania oferuje obiecujące możliwości zastosowania w zakresie odnawialnych i biodegradowalnych bioplastików. Wykorzystując w pełni biooparte materiały, badacze zanotowali znaczny postęp w kierunku rozwoju odnawialnych, niskokosztowych i przyjaznych dla środowiska alternatyw dla tradycyjnych tworzyw sztucznych.
Źródło: Xiaoqian Zhang et al, „Flexible, thermal processable, self-healing, and fully bio-based starch plastics by constructing dynamic imine network,” Green Energy & Environment (2023).
Cytacja: Termicznie przetwarzalny, samouzdrawialny i w pełni biooparty plastik skrobiowy (2023, 18 września). Otrzymano 18 września 2023 roku z https://phys.org/news/2023-09-thermal-self-healing-fully-bio-based-starch.html
