Les polymères biodégradables dans les systèmes adhésifs
adhésifs de soja peuvent être utilisés pour la fabrication de contre-plaqué semi-résistant à l'eau et pour le revêtement de certains types de papier.
Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des 20 dernières années dans le développement de polymères biodégradables. Ces matériaux ont été mis au point dans une variété de formes, et ont donc des utilisations potentielles dans divers secteurs d'activité. Un grand nombre de ces polymères sont adaptés pour les applications adhésives, comme les emballages respectueux de l'environnement, des adhésifs d'enveloppe recyclables et dispositifs biomédicaux.
polymères biodégradables à base de ressources renouvelables sont considérées aussi comme des alternatives à faible coût aux matières premières à base de pétrole. Les industries qui développent ces matériaux continueront de voir la croissance, comme le prix du pétrole brut ne cesse d'augmenter et la disponibilité des combustibles fossiles commence à diminuer. Les demandes de tels matériaux d'origine biologique sont largement répandues dans les domaines des résines, des revêtements et des adhésifs.
Définition de « Biodégradable »
Tous ces polymères entrent dans la catégorie plus large des polymères « dégradables dans l'environnement ». Aux fins du présent article, le terme « biodégradable » implique également « dégradable dans l'environnement. »
La plupart des polymères synthétiques ne sont pas biodégradables. Des polymères tels que le polyéthylène et le polypropylène peuvent exister dans l'environnement pendant de nombreuses années après leur élimination. Les polymères biodégradables sont généralement obtenus par polymérisation de matières premières d'origine biologique. Ces matières premières sont isolées, soit à partir de plantes et d'animaux ou synthétisés par des procédés industriels modernes. Des exemples de polymères biodégradables sont fournis dans le tableau 1.
À base d'amidon Biodegradable Polymers
L'amidon est un pur biopolymère naturel qui se trouve dans les racines, les graines et les tiges des plantes comme le maïs, le blé et les pommes de terre. Il est adapté pour une modification chimique en un matériau thermoplastique pour diverses applications. L'amidon est entièrement biodégradable et à base de matériaux renouvelables. Ainsi, son utilisation dans des composés adhésifs commerciaux et en matières plastiques minimisera les dommages environnementaux.
L'amidon peut être l'adhésif biodégradable d'origine. Il joue un rôle très important dans la production industrielle, en particulier l'industrie de l'emballage. des adhésifs à base d'amidon sont utilisées principalement pour des produits de papier de collage et d'autres substrats poreux. La plupart du carton plat en carton ondulé pour la fabrication de cartons est facilement collé avec des colles à base d'amidon.
des adhésifs à base d'amidon, à base de pomme de terre et d'autres amidons, sont principalement utilisés pour le collage de produits de papier et d'autres substrats poreux.
Il y a de nombreux avantages pour les adhésifs d'amidon. Ils sont facilement disponibles, peu coûteux et facile à appliquer par dispersion d'eau. Ils sont considérés comme la classe la moins coûteuse d'adhésif d'emballage en papier. colles d'amidon formulées peuvent être appliqués à chaud ou à froid. Les adhésifs sont généralement fournis à l'utilisateur final sous forme de poudre et mélangés avec de l'eau avant utilisation pour former une pâte relativement épaisse. L'amidon et le traitement de la dextrine par la perte d'humidité; étant donné que ces adhésifs durcissent à une structure thermodurcissable, ils ont une excellente résistance à la chaleur. Un autre avantage est leur vitesse de durcissement très lent, ce qui permet le temps d'assemblage suffisant. Les inconvénients comprennent une mauvaise résistance à l'humidité et la croissance de moisissures.
L'alcool polyvinylique (PVOH) est mélangé avec de l'amidon pour produire des polymères aisément biodégradables. Le PVOH est très soluble dans l'eau, et les mélanges d'amidon-PVOH sont donc dégradées par voie d'hydrolyse et de biodégradation des molécules de sucre. Le tableau 4 identifie certains des mélanges d'amidon PVOH qui sont disponibles dans le commerce.
Comme l'amidon est entièrement biodégradable et facilement renouvelable, il continuera d'être un élément important de l'industrie du biopolymère.
Matières premières Autres à base de plantes
L'huile de lin est une charge d'alimentation commun pour les résines et les revêtements. Il peut être utilisé pour dériver plusieurs résines de polymères de haute performance, y compris l'amide de polyester. produits à base d'huile de chanvre sont développés pour les revêtements extérieurs. Le matériau possède la conscience environnementale élevée et est dérivé d'une ressource renouvelable.
polyesters biodégradable
Les liaisons ester potentiellement hydrolysables de polyesters font les matières premières importantes dans le développement de polymères biodégradables. La famille de polyester est constitué de deux groupes principaux: les polyesters aliphatiques (linéaire) et polyester aromatique (structure cyclique). polyesters biodégradables qui ont été développés dans le commerce et qui sont dans les étapes de développement sont présentés dans le tableau 5.
Tous les polyesters se dégradent finalement, l'hydrolyse étant le mécanisme dominant. Les polyesters aliphatiques sont couramment utilisés car ils sont plus facilement biodégradables que les polyesters aromatiques. les polyesters aliphatiques synthétiques sont facilement biodégradables dans le sol. Ces polyesters aliphatiques sont cependant plus coûteux et manquent de résistance mécanique par rapport aux matières plastiques classiques. Les polyesters aliphatiques sont souvent combinés avec de l'amidon pour réduire les coûts de matériel. Les compositions sont mélangées avec le renforcement de nanoargile pour améliorer les propriétés mécaniques et les performances de barrière dans les applications d'emballage alimentaire. l'acide polylactique (PLA) est le polyester biodégradable le plus largement utilisé.
PLA a une polarité élevée, ce qui rend difficile d'adhérer. Les couches de liaison doivent en général être utilisés pour fournir une liaison de PE non polaires et PP dans des structures multicouches. PLA a d'excellentes performances d'étanchéité thermique. matériaux à base de PLA, tels que ceux produits par NatureWorks LLC sous le nom commercial de NatureWorks, sont les plus couramment utilisés dans les emballages sous forme de produits thermoformés, tels que les gobelets, des plateaux de nourriture à emporter et autres récipients.
Adhésifs à base de soja
Les formulations de colle de soja sont des poudres sèches en un seul emballage. poudre de soja contient à la fois des protéines et des glucides. Pour les adhésifs, la farine est généralement dispersé dans de l'hydroxyde de sodium aqueux, et d'autres ions métalliques divalents alcalino - tels que l'hydroxyde de calcium - sont incorporés pour allonger le temps de travail et d'améliorer la résistance à l'eau.
colles de soja sont généralement considérés comme ayant une résistance à l'eau limitée, mais, comme des colles de caséine, récupérer leur force au séchage. Ils sont sensibles à la croissance de moisissures, mais une gamme d'agents de conservation sont disponibles, tels que le pentachlorophénol, le naphténate de cuivre et d'oxyde de tributyl étain. Fongicides fournissent également un certain degré de protection contre les termites.
De nombreux matériaux polyfonctionnels sont utilisés comme agents de reticulation pour des protéines de soja. dénaturants et d'agents de reticulation typiques comprennent des composés de soufre, tels que le disulfure de carbone; les sels métalliques solubles; ; époxys et des donneurs de formaldéhyde, tels que diméthylurée ou triméthylphénol. Les petites proportions (généralement moins de 1% du poids sec de la farine de soja) sont suffisantes. Charges, telles que la farine de bois, la farine de coquilles de noix et d'argile, de réduire les coûts, mais ils réduisent aussi les propriétés de performance de l'adhésif.
colles de soja, comme les colles de sang, peuvent être utilisés en toute sécurité dans le froid pour la stratification du bois. Cependant, pour la production rapide d'assemblages, où plusieurs cycles de guérison sont effectuées par heure, il est nécessaire d'utiliser des températures aussi élevées que 140 ° C avec des pressions de 175-200 livres par pouce carré appliqué à l'articulation.
Autres polymères biodégradables
EVOH est un autre polymère synthétique soluble dans l'eau, souvent utilisé comme une couche barrière à l'oxygène dans un emballage de film multicouche. Il peut être utilisé en tant que couche de liaison efficace du produit multicouche de stratification. Le coût élevé de EVOH est un obstacle important à son utilisation répandue dans les plastiques biodégradables.
Photo-Biodegradable Plastics
des polymères photo-dégradables sont des polymères dans lesquels des additifs chimiques sensibles à la lumière ou des copolymères ont été incorporés dans le but d'affaiblir les liaisons du polymère en présence d'un rayonnement UV. polymères photodégradables sont conçus pour devenir faibles et fragiles lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil pendant des périodes prolongées. Les photosensibilisateurs utilisés comprenaient des dicétones, des dérivés de ferrocene et des espèces contenant des groupes carbonyle. Ces matières plastiques se dégradent dans un procédé en deux étapes, avec une lumière UV rupture d'abord les liaisons moléculaires.
La principale société qui a mis au point ces additifs est prodégradants EPI Technologies environnementales, Conroe, TX. Leurs produits sont issus du commerce du nom TDPA, ou totalement dégradables Additifs plastiques. Les polymères modifiés par des TDPA se dégradent progressivement à des poids moléculaires inférieurs et inférieurs. Ils deviennent fragiles, se désintègrent et sont finalement digérées par des micro-organismes.
Activité récente commerciale dans les adhésifs Biodégradable
matières premières d'origine biologique trouvent maintenant leur chemin dans les applications d'adhésifs où le recyclage et les préoccupations environnementales sont importantes. Les exemples incluent une famille de inoffensifs, réactifs, monomères à base de sucre appelés ECOMER (EcoSynthetix Inc. Lansing, MI). La copolymérisation de ces monomères avec des monomères acryliques a donné lieu à des adhésifs acryliques à base de sucre sensibles à la pression pour le recyclage. Cet adhésif est utilisé dans, timbres-poste auto-adhésifs inoffensifs pour l'environnement.
Les PSA sont également mis au point à l'Université de Delaware parmi les dérivés d'huile végétale, tels que les esters méthyliques d'acides gras. Les propriétés rhéologiques des polymères obtenus sont comparables à des polymères à base de pétrole utilisés dans les adhésifs sensibles à la pression.
colles naturelles ont également été formulées à partir de composants dans l'industrie forestière. Un certain nombre de pays ont fait des efforts pour extraire l'adhésif pour la fabrication de panneaux de particules à partir des écorces de leurs arbres indigènes. Ces bois ont généralement une teneur élevée en tanins. Ceci élimine le besoin pour les résines phénoliques relativement coûteux. Les formulations particulières ont été préparés avec les combinaisons de tannins avec mélamine-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde et des isocyanates. Adhésifs en utilisant la liqueur de déchets de l'industrie sulfite forestière ont également été mis au point comme adhésif de panneaux de particules.
La forme la plus courante de colle de colophane est fabriqué à partir de l'oléorésine de l'arbre de pin. Ce matériau est utilisé en solution dans un solvant ou en tant que mastic à chaud. Il a une faible résistance à l'eau et à l'oxydation. forces de Bond sont modérés et se développent rapidement; ainsi cet adhésif est souvent utilisé pour la fixation temporaire.
Les chimistes connaissent depuis longtemps que les moules sécrètent un matériau qui est constitué d'une matrice durcie de protéines. Ces protéines forment des fibres extrêmement difficiles qui adhèrent à presque tout, et dans presque toutes les conditions. Exactement comment ces protéines lient ensemble pour fournir un matériau adhésif, appelé byssus, est restée un mystère jusqu'à récemment.
Des chercheurs de l'Université de Californie-Santa Barbara ont étudié la moule et a conclu que le secret de la adhésivité de colle de moules semble être 3,4-dihydroxyphenylalamine (DOPA). DOPA est un acide aminé présent en abondance dans les protéines de liaison de la moule. 4 D'autres recherches à l'Université de Purdue indique qu'un autre ingrédient clé dans l'adhésif de la moule est le fer. 5,6 La moule obtient fer par filtration directement à partir de son eau environnante. Il utilise le fer en tant que « agent de reticulation ». Un seul atome de fer peut se lier à trois chaînes latérales DOPA. D'autres ions métalliques bio-disponibles ne semblent pas provoquer cette réticulation.
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