معرفی پلیمر های مبتنی بر Bio-based

پلیمرهای مبتنی بر بیو، که از منابع زیست توده های تجدید پذیر مانند گیاهان، جلبک ها و میکروارگانیسم ها مشتق شده اند، به عنوان سنگ بنای علم مواد پایدار ظهور کرده اند، بر خلاف پلاستیک های مشتق شده از پتروشیمی معمولی، این پلیمرها پتانسیل کاهش ردپای کربن و استفاده از زیست محیطی خاص از جایگزین های زیست محیطی را ارائه می دهند.

ویژگی های کلیدی ساختاری که عملکرد را تعریف می کنند

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی پلیمرهای مبتنی بر زیست به طور دقیق با طراحی مولکولی آنها مرتبط است.به روز رسانی این ویژگی ها به دانشمندان مواد اجازه می دهد تا خواصی مانند قدرت کششی، ثبات حرارتی، عملکرد سد و نرخ تخریب را بهینه سازی کنند.

معماری زنجیره ای: فرم های خطی، تقسیم شده و Cross-Linked

ساختار و عملکرد زنجیره های پلیمری، رفتار مکانیکی و فرایند پذیری را تعیین می کند.[۱۰] زنجیره های خطی دارای بلورهای بالا و قدرت هستند، و آنها را برای اجزای ساختاری ایده آل می کند. ساختارهای تنظیم شده با کدوتیک بسته بندی های برش داده شده را کاهش می دهد، بهبود جریان برای قالب بندی تزریقی (FLT:4C).

گروه های کاربردی: Reactivity و Compatibility

گروه های تابعی یا ترمینال - مانند هیدروکسیل، amine[۵] یا اپوکسی - انرژی سطح تعیین شده، خواص چسب و حساسیت به اصلاح شیمیایی. Incorporating کربوکسیتیل گروه در پلی هیدروکسی آلیکسات (PHAs) سازگاری با ترکیبات نشاسته برای ساخت فیلم های مقاوم سازی بالا (FLT3) را بهبود می بخشد.

وزن مولکولی و Polydispersity

وزن مولکولی بالاتر به طور کلی با افزایش قدرت کششی، سفتی و ذوب دما ارتباط دارد، اما ممکن است ویسکوزیته و مشکل پردازش را افزایش دهد.برای برنامه های چرخش فیبر، یک وزن مولکولی متوسط (Mn) بالاتر از 100،000 گرم /mol اغلب مورد نیاز است.در مقابل، وزن مولکولی پایین تر به عنوان پلاستیک یا پردازش انعطاف پذیر - گسترش می یابد.

طراحی استراتژی های برای مهندسی پلیمرهای مبتنی بر Bio-based

دستیابی به ویژگی های ساختاری هدفمند نیازمند یک رویکرد یکپارچه با ترکیب شیمی مصنوعی، بیوتکنولوژی و پردازش مواد است. چندین استراتژی اثبات شده در تحقیق و صنعت به کار گرفته می شود.

انتخاب و طراحی Monomer

انتخاب مونومرهای مبتنی بر زیستی - مانند اسید لاکتیک، اسید آنکونیک، اسید succinic یا مشتقات خز - به طور مستقیم بر خواص پلیمری نهایی تأثیر می گذارد. پلیمریزاسیون عالی (diLT 1) از lactide (از نشاسته ذرت) با وضوح بالا مناسب برای برش مصرف کننده (FLT3) ، اما اسیدهای شیمیایی پیشرفته (diLT3) را تولید می کند.

کنترل Cobloization و Sequence Control

تصادفی، بلوک یا شبیه سازی متناوب اجازه می دهد ترکیب مجموعه های مختلف اموال را به عنوان مثال، همپلیتروپتر ها از PLA و پلی کاپولالیفیکون باعث ایجاد تروپلاستیک با سفتی قابل تنظیم و کشش. Sequence-کنترل پلیمر - جایی که قرار دادن مونومر دقیقا دستور داده شده است - توابع پیشرفته مانند بهبود خود یا پیشرفت های کنترل پلیمر در رفتار های اخیر.

تغییرات شیمیایی پس از پلیمریزاسیون

واکنش های پس از پلیمریزاسیون مانند پیوند، اتصال متقابل یا کارکرد گروه انتهایی (FLT:1 بر روی PLA می تواند خواص ریز و بدون طراحی مسیر سنتز را تنظیم کند. [FLT: maleic پیوند هیدروکسی] با یک ماده شیمیایی پرتوی یا تبدیل به مواد طبیعی در مواد کامپوزیت (F:2LT2C سازگاری با حرارتی استفاده می شود.[۳]

ترکیب و تشکیل کامپوزیت

مخلوط فیزیکی با دیگر پلیمر های زیستی یا مصنوعی، یا با فیلرها مانند سلولز [Colulstals]، lignin یا رس، یک مسیر مقرون به صرفه برای افزایش اموال ارائه می دهد. [PLA /polyhydroxybutyrate (PHLT) مخلوط [FLT 1] به سختی بهتر از PLA به تنهایی در حالی که حفظ زیستgraddeability [F] اضافه کردن یکنواختی کلیدی و سیم کشی قوی است.

برنامه های صنعتی Leveraging Tailored Structures

پلیمر های مبتنی بر زیستی سفارشی در بخش های مختلف نفوذ می کنند، اغلب جایگزین مواد مبتنی بر نفت می شوند که در آن معیارهای عملکردی خاص بسیار مهم هستند.

بسته بندی: Bological Films و Layers

در بسته بندی انعطاف پذیر، وزن مولکولی کم با شاخه کنترل شده، قابلیت ذوب شدن پوشش اکستروژن را بهبود می بخشد. Modified PHAs با گروه های عملکردی هیدروفوبیک [FLT3] سازگار با تجزیه و تحلیل داده های زیستی (FLT3)، عملکرد مانع رطوبت قابل مقایسه با پلی سخت بسته بندی، [FLT].

تجهیزات زیست محیطی: Biocompatibility و Degradation Control

در داربست های مهندسی بافت، وزن مولکولی بالا (کلاکتیک اسید به طور متوسطco-glycolic) [PLGA] با نسبت بلوک کنترل شده اجازه می دهد تا تنظیم نرخ های تخریب از هفته ها به ماه ها پیوند سطح (FLT:2RGD پپتیدهای PubA) [F3] بر روی داربستA باعث ارتقاء سلول های تحویل ویژه (F4) می شود.

ماشین آلات و فضا: کامپوزیت های سبک

رزین مبتنی بر Bio-based از lignin یا Cardanol در پانل های کامپوزیت برای برش داخلی استفاده می شود، کاهش وزن خودرو تا 20٪ در مقایسه با فلز ویلی (FLT:2Polyamide 10 [FLT3] (بر اساس روغن) با وزن مولکولی > 500،000 پوند / گاز عالی برای انتقال سریع تر از پلی اتیلن است.

منسوجات: فیبرهای عملکردی و Nourals

در این میان، در این زمینه به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت جداگانه به صورت جداگانه به صورت جداگانه به صورت جداگانه به صورت زیر استفاده می شود.

چالش های دستیابی به قابلیت های صنعتی

علی رغم پیشرفت قابل توجه، چندین مانع باید برای پذیرش گسترده غلبه کنند. رقابت پذیری یک مانع اصلی باقی می ماند: مونومرها مبتنی بر زیست اغلب نیاز به تخمیر گران قیمت یا فرآیندهای استخراج مواد غذایی دارند: Scalability از پلیمریزاسیون سفارشی - به ویژه کسانی که شامل گروه های عملکردی پیچیده هستند - با استفاده از روش های استاندارد سازی حرارتی، ممکن است عملکرد سازگار با استفاده از مواد حرارتی تنظیم شده باشد.

مسیرهای آینده: هوشمند و پاسخگو Bio-Polymers

تحقیقات نوظهور بر پلیمرهای مبتنی بر زیست متمرکز است که به محرک های محیطی پاسخ می دهند.[۱۰] پلیمر های دقیق (FLT:۰) {{FLT-memory پلیمرs از پلی (sebacic acid-glycerol) می توانند شکل های پیش تعریف شده را بر حرارت بازیابی کنند. پیوندهای اهرمی (به عنوان یک سیستم عامل یکپارچه سازی مکانیکی یکپارچه سازی مبتنی بر bio-F4، که ما قادر به آن است.

نتیجه گیری

طراحی پلیمر های مبتنی بر زیستی با ویژگی های ساختاری خاص صرفا یک ورزش آکادمیک نیست - یک ضرورت عملی برای جایگزینی مواد مبتنی بر نفت در سراسر صنایع است.با تسلط بر معماری زنجیره ای، گروه های عملکردی و وزن مولکولی، محققان و مهندسان می توانند مواد پایدار را ایجاد کنند که مطابق با عملکرد پلاستیک های سنتی مطابقت یا فراتر از ادغام تکنیک های پیشرفته پلیمریزاسیون، تکنیک های مونومر مشتق شده بیولوژیکی، و زیرساخت های تولید مبتنی بر پلیمریزاسیون، به آسیب رساندن به زیرساخت های تنظیم کننده و استفاده از آن ادامه می دهد.