עיבוד של פולימרים ביולוגיים עבור סרטים חקלאיים

המגזר החקלאי תלוי במידה רבה בסרטים מפלסטיק עבור מגרד, כיסויי חממה, ושימור סילקה. סרטים פוליאתילן (PE) מציעים עמידות מעולה ויעילות עלות.עם זאת, ההתמדה שלהם בסביבה, קשיים במיחזור עקב זיהום אדמה, ותרומתם לחומרים הנדסיים מיקרו-פלטיים מציבה אתגרים אקולוגיים חמורים.

הקרן החומרית: סוגים של פולימרים בעלי ערך ביולוגי

פולימרים בעלי ערך ביולוגי המתאימים לייצור סרטים מסווגים באופן רחב לשתי משפחות: agro-polymers הנגזרים מביומסה ו ביו-פוחיות המיוצרות באמצעות תסיסה מיקרוביאלית או סינתזות מבוססת נפט (עדיין מוסמך ביומדרד). הבנת המאפיינים הספציפיים של כל חומר הוא הצעד הראשון בעיבוד מוצלח.

Agro-Polymers

(FLT:0) פולימרים מבוססי StarchFLT:1ir משמשים נרחב בשל עלות נמוכה ושפע. Thermoplastic עמיך (TPS) מופק על ידי הפלסטיקה עמילן עם סוכנים כמו גליצרול או sorbitol. TPS הוא מאוד בעל ערך ביומדן אבל סובל מנכסים מכניים ירודים עניים רגישות למים גבוהים, כך שהוא לעתים קרובות מעורבב עם חומרים אחרים כמו פולימדסטר כמו PBAT.

(FLT:0) נגזרות נגזרות של קק"ל:1, כגון צ'אט צלולוז, ניתן גם לעבד לסרטים.עם זאת, את מידת ההחלפה יש לשלוט בזהירות כדי לשמור על ביודות, ואת העיבוד לעתים קרובות דורש שימוש של הפלסטיקים ספציפיים כדי להוריד את הטמפרטורה התכה (Tm) כדי למנוע השפלה תרמית.

ביופואליסטרים

ביופוlyesters מייצג את הקטע הגדול ביותר של סרטים ביו-דידיים בשל התכונות המכאניות והתהליךיות הגבוהות ביותר שלהם על ציוד סטנדרטי.

• (FLT:0) פולילקטי Acid (PLA): דרביFLT:1 דרבירד משאבים מתחדשים כגון תירס או סוכרקניה.יש לו טמפרטורת מעבר זכוכית (Tg) סביב 55-65 מעלות צלזיוס ונקודת התכה (Tm) של 150-170 מעלות צלזיוס מציע בהירות גבוהה וכוח אך הוא מתפתל ודורש תנאים ספציפיים (טמפרטורה גבוהה) כדי למנוע את השימוש בחלונות.
• (FLT:0) פוליקלקלקלקאנוטס (PHAOVA): 1FLT המיוצר על ידי תסיסה חיידקית.PHAs מציגות יכולת ביולוגית מצוינת ביבשה ובסביבות ימיות ללא צורך בטמפרטורות גבוהות.הם מאתגרים תהליך בשל חלון העיבוד הצר שלהם, רגישות גבוהה לשפל תרמי, ונטייה לדבוק משטחי מתכת במהלך extrusion.
• (FLT:0) פוליסטר בעל שמן, PBAT הוא לעתים קרובות מעורב עם PLA או עמילן כדי להקנות גמישות ונוקשות.זה מעבד כמו פוליאתן בעלת משקל נמוך ונפט (LD), עם Tm של 110 מעלות צלזיוס.
• (FLT:0) פוליאבלין סוצ'י מולד (PBSrea): 1FLT ידוע על יציבות תרמית ותכונות מכניות שלה, מה שהופך אותו מועמד טוב ליישומים הדורשים עמידות גבוהה יותר.זה משמש לעתים קרובות בתערובת כדי לשפר את חלון העיבוד של ביופוחיות אחרות.

קישור חיצוני:0 (הידוע יותר על סינתזת הכימית של פלסטיקים ביו-דרומיים בוויקיפדיה

התאמת סרטים לסביבה חקלאית

סרטים חקלאיים אינם גליונות פלסטיק גנריים; הם כלים מתוחכמים שנועדו לנהל את המיקרוקלי, לשלוט עשבים, ולהרחיב את עונות הגידול.סרט חקלאי בעל ערך ביומדרד חייב למלא תפקידים ספציפיים לפני שהוא ממלא את המנדט שלו להיעלם.

דרישות ביצועיות עיקריות המכתיבות עיבוד כוללות:

• (FLT:0) אינטגריטי מכני: ⁇ 1 (הסרט חייב לעמוד בנחת מכונה, רוח, גשם, ומגע קרקע ללא קרוע או puncturing. Tensile Power (MD ו- TD) והמשך הפסקה הם מדדים קריטיים מוכתבים על ידי המשקל המולקולרי של פולימר והנטישה המושתתנת במהלך extrusion.
• (FLT:0)Optical Properties: FLT:1 סרטי Transud משמשים להתחממות הקרקע ונטיעת מוקדם. שחור או סרט צבעוני מדכא צמיחה ושליטה טמפרטורה.שיעור הביומדרדציה יכול להיות שונה על בסיס צבע סרט וחשיפה UV, הדורש ניסוח זהיר של אדני צבעים.
• (FLT:0) Barrier Properties:FLT:1 הסרט צריך לשלוט על העברת מים כדי לשמור על לחות הקרקע ולמנוע החלפת גז המשפיעה על מיקרוביולוגיה אדמה.זה מושפע מאוד על ידי קצב התגבש במהלך שלב הקירור של חדירה.
• (FLT:0)המשך הדרדציה: FIRLT:1) הסרט חייב להישאר שלם עבור מחזור היבול (בדרך כלל 4 עד 10 חודשים) ולאחר מכן ליזום פירוק.פרקציה מוקדמת מובילה לאובדן פונקציונליות; פיצול עיכב סותר את המטרה הסביבתית.

דרישות מחמירות אלה דורשות שליטה מדויקת על ניסוח פולימרי, פרוטוקולים יבשים, ופרמטרי קו החדירה.

שיטות עיבוד לחקלאות ביולוגית

המרה של אגן פולימרים ביו-דגרד או גרנוטים לסרטים דקים מסתמכת על מכונות עיבוד פלסטיק מבוססות היטב, אם כי עם שינויים משמעותיים כדי להתאים את התכונות התרולוגיות והרמימיות של חומרים אלה.

סרט טלוויזיה

הסרט המפוצץ הוא הטכנולוגיה הדומיננטית לייצור סרט מלוטש, כיסויי החממה וסרט הסילוק.התהליך כולל התכה של הפולימר במצנח, שואב אותו דרך מת אנרמלי, ונפח את הצינור עם אוויר כדי ליצור בועה.הבועה היא מגניבה, התמוטטה ופצעת לתוך רולס.

התאמת קווי קולנוע לפולימרים ביו-דידת, במיוחד PBAT ו-PLA/PBAT מתמזגת, דורש תשומת לב לכמה היבטים קריטיים:

• (FLT:0) Extruder Design: FLT:1 biodegradable polyesters יכול לעבור הידרוליזה מהירה אם לא מעובד כראוי. עיצוב בורג נמוך הוא לעתים קרובות מומלץ למזער חימום חיכוך ושפל מקומי. a מחסום עם קטע תערובת Maddock בסגנון מבטיח השלמת התכה ללא מרע.
• דרישות ההרחבה:0 (FLT:1 Moisture חייב להיות נשלט לחלוטין (תחת 300 ppm) לפני החדירה. Desiccant מייבשים המסוגלים להשיג נקודות דה-אוו של -40 מעלות צלזיוס הם סטנדרטיים.ייבוש PLA דורש בדרך כלל 4-6 שעות ב 80-90 מעלות צלזיוס, בעוד PBAT דורש תנאים קלים יותר.
• (FLT:0)Die and Air Ring: 1FLT:1 כוח ההיתוך של PLA נמוך משמעותית מזה של LDPE. פער רחב יותר למות (למשל 1.5-2.5 מ"מ) נדרש לעתים קרובות להפחית את ה- Shear ולשמור על בועה יציבה. גבוה, טבעות אוויר כפול-לי עוזר בקירור וייצוב הבועה.
• (FLT:0)סרט ההול-off ו Winding:03FLT:1) ניתן לטבול סרטים ביודיד (blocking) Additives כמו סוכני אנטי-בלוק (Slica, talc) משולבים בנוסחאות.

(FLT:0) פרופילי טמפרטורה של Extrusion:FLT:1 טמפרטורות עיבוד אופייניות עבור PLA / PBAT תערובת נע בין 150 מעלות C ל 180 מעלות צלזיוס, נמוך משמעותית מ PE (160-240 ° C). בקרת טמפרטורה מוקדמת היא קריטית למניעת השפלה תרמית (של נפיחות שרשרת) בחבית ומת.

סרט קולנוע

הסרט החדירה נעשה שימוש כאשר סובלנות עובי מאוד בהירות אופטית גבוהה נדרשים.מר פולימר מלוטש הוא מפורץ דרך שטוח למות על רול מצונן מאוד מלוטש, שבו הוא מוצק במהירות. שיטה זו היא לעתים קרובות המועדפת על סרטי PHA, אשר יש חלון עיבוד צר מאוד וליהנות מניקוי מהיר כדי למנוע התגבשות וערעור.

הפקה: Masterbatch Production

לפני יציאת הסרט, פולימרים גולמיים מורכבים לעתים קרובות עם קוקטייל של תוספים.זהו שלב עיבוד קריטי שבו הביצועים של הסרט הסופי הוא מונדס.FLT:0Twin-screw extrusionFLT:1 מועסק כדי לפזר תוספים ביסודיות בתוך ממטריקס פולימר.

• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) סוכני ניקוי: FLT:1hil לשלוט בקצב הקריסטליזציה של פולימרים כמו PLA, שיפור עמידות החום שלהם מהירות העיבוד.
• (ב) ,0) ,Fillers:FLT:1, Starch, חימר, או סידן פחמיאט יכול להפחית את העלות ולשנות את אחוזי ההשפלה.
• (FLT:0)stabilizers: 1FLT ייצובי UV משולבים כדי להגן על הסרט מ photodegradation בעונת היבול.זה מציג פרדוקס עיצוב: הסרט חייב לעמוד מול UV מספיק זמן כדי להיות שימושי אבל בסופו של דבר degrade.

קישור חיצוני:0 (Explore the העדכנית ביותר מחקר על סרט ביומדן המורכב ממדען

אתגרים של עיבוד

החלפתם של תרמופלסטים של סחורות עם חלופות biodegradable מציגה מכשולים עיבוד נפרדים הדורשים פתרונות הן ברמת הפורמולה והן במכונות.

הפחתת הדרגה וההוירטוטית

פוליסטרים כמו PLA ו- PBAT רגישים הידרוליזה בטמפרטורות עיבוד, במיוחד אם לחות נוכחת.האגות של הסטר פורצות, וכתוצאה מכך ירידה במשקל מולקולרי, אובדן של תכונות מכניות, והידרדרות של נטיעת ההיתוך.זה מתגלה כירידה ביציבות הבועה וכוח סרט גרוע.

כוח מלטה נמוך וחוסר יכולת בועות

PLA יש כוח היתוך נמוך מאוד, מה שהופך אותו מאתגר לעבד על קווי קולנוע מכופים קונבנציונליים שנועדו להמיס "קשוחה" של LDPE.הבועה נוטה להתכופף ולהתמוטט, המוביל לריאציות עוביים ופרקות סרטים (FLT:0 Solution: FLT:1 בללינג PLA עם PLA (אשר יש כוח גבוה יותר) משפר את הבועה ופעולות למניעת בועות (שימוש) הם גם יותר.

חתיכה ובלוק

רבים מהסרטים הביו-דידיים יש משטח טבעי של זעזועים, מה שגורם לסרט לשכבות לדבוק יחד על רול (בלוק) זה עושה קשה מאוד ויכול לשבור את הסרט במהלך הנחת מכנית בשדה.FLT:0:0 פלואוטציה: איור: FLT:1 תוספת של סוכנים נגד חוסמי (למשל, עוקץ, סיליקה) וסוכנים חלקלקטיים (למשל, כל כך, ריכוזים) הוא לא מאוזן, אך ורקמות, אך לא ניתן לריכוזים, אך ורקמות, זה חייב להיות יעיל.

ביקורת על The Degradation Timeline

אולי האתגר הטכני הגדול ביותר הוא כוונון קצב ההשפלה.הסרט חייב להימשך לאורך כל העונה ההולכת וגדלה.דמדינג מופעלת על ידי אור UV, חום, לחות ופעילות מיקרוביאלית באדמה.FLT:0 Solution:03FLT:1 Formulation Engineering הוא מפתח.מחומת היחס של רכיבים מחיתולים מהירים (ch, PLA) להפחתה איטית יותר (BAT) של חומרים ספציפיים, מאפשר גם על ידי חומרים מקבצי וידאו.

קישור חיצוני:0 (קראו מדריכים להפצת ביופובלימר) על גבי פלסטיקים טכנולוגיים

איכות מובטחת וביצועים אימות

הבטחת שהסרט החקלאי הביו-מבוגר יבצע באופן אמין בתחום דורש סטנדרטים קפדניים של בדיקות המותאמים לתוחלת החיים התפקודית שלו ולביודה-המידה של החיים שלה.

בדיקות ביצועים מכניות

בדיקות סטנדרטיות למשול המדידה של תכונות הסרט.בדיקה חייבת להתבצע במרווחים קבועים כדי להבטיח עקביות מגלגל לגלגל.

• (FLT:0)ASTM D882:FLT:1 שיטת מבחן סטנדרטי עבור נכסים של גיליון פלסטיק דק.זה מודד את הכוח הנדרש כדי לשבור את הסרט וכמה הוא מתכווץ.
• (FLT:0)ASTM D1922: FLT:1 שיטת מבחן סטנדרטי להפצת דמעה של סרט פלסטיק ונייר דק על ידי שיטת ספודורום (Elmendorf Tear) חיוני לחיזוי כיצד הסרט יתנגד להפחתה במהלך ההתקנה.
• (FLT:0)ASTM D1709:FLT:1 Standard Method for Impact Resistance of plastic Film by the free-falling dart Method, מודד את התנגדות הסרט לטיהור חפצים חדים או ברד.

יש לבצע בדיקות אלה על הסרט לפני ההתקנה וברווחים במהלך העונה הגדלה כדי לעקוב אחר הירידה ביושרה מכנית.

בדיקות ביומדרדציה ובדיקת אקוטוקרטיות

תוכניות הסמכה הן חיוניות עבור אמון בשוק.שתי המסגרות העיקריות הן:

• (ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) OECD 311 או ISO 17556:FreaLT:1) שיטות ארסמטרי סטנדרטי למדידת הביודה אירובית באדמה.הסרט מעורב באדמה, וה- CO2 התפתח נמדד לאורך זמן.

מעבר לבדיקות הביו-דהגרדציה, בדיקות רעילות (למשל, ה-OECD 208, בדיקות גידול צמחי) מבטיחות כי שאריות ההשפלה אינן פוגעות בצמח הקרקע או בפאון:0 תוכן מתכת כבד (FLT:1) חייב גם להיות מאומת מתחת לגבולות רגולטוריים.

קישור חיצוני: 0 (ראה תקן ASTM D882 עבור בדיקות פילים 1LT)

כיוונים עתידיים וחדשנות טכנולוגית

תחום הסרטים החקלאיים הביו-דידיים נע במהירות, מונע על ידי לחץ רגולטורי (למשל, האיחוד האירופי Single-Use פלסטיק הוראה, איסורים לאומיים על סרטים שאינם מוגזים) ולהגדיל את המודעות הסביבתית בקרב מגדלים וצרכנים.

ננוקום ו-Purlement

שילוב ננו-fillers כגון nanocellulose, שכבתי אחמס (clay), או תחמוצת גרפן יכול לשפר באופן דרמטי את התכונות מכניות, יציבות תרמית, ותכונות מחסום גז של סרטים ביו-דידנטיים ללא הקרבת יכולת הביו-דגרד שלהם. nanocomposites אלה לאפשר עבור דקזל (ההההההפצה לאחור), צמצום צריכת החומרית ועלויות.

Active and Controlled-Release Films

המחקר מתרחב לסרטים חקלאיים המבצעים תפקידים פעילים.סרטים "חכמים" אלה יכולים לשלב דשנים, חומרי הדברה או pheromones אשר משוחררים באופן מבוקר כמו הפולימרים degrads. זה מתאים לעקרונות חקלאיים מדויקים, פוטנציאל להפחית את נפח הכימיקלים ריסוס על שדות עיבוד סרטים אלה דורש פיקוח טמפרטורה קפדני כדי למנוע את הפחתת החומרים הפעילים במהלך extrusion.

אחריות ביתית וסוילה

כיום, רבים פוליסטרים ביו-דידנטיים (כמו PLA) דורשים את הטמפרטורות הגבוהות של מתקני ההגשה התעשייתית כדי להידרדר.הדור הבא של פולימרים ומיזוגים נועד להשיג אמיתי FLT:0home compostabilityFLT:1 והשפלה יעילה בסביבות הקרקע.PHAs הם מועמד מוביל כאן, כפי שהם מידרדרים ביעילות בטמפרטורות עיבוד נמוכות יותר.

אינטגרציה כלכלה מעגלית ומזג אוויר

המחסום העיקרי נשאר תחרותיות עם סרטי PE קונבנציונליים.PBAT ו- PLA הם בדרך כלל יקרים פי 2-3 יותר לקילוגרם מאשר PE. עם זאת, כמו יכולות הייצור בקנה מידה (במיוחד עם יכולת חדשה PHA מגיע באינטרנט באמצעות הזנת פסולת) ומסי פחמן על עלייה פלסטיק קונבנציונלי, המשוואה הכלכלית היא שינוי חומרים מזינים.

מסקנה

עיבוד של פולימרים ביו-דידיים לסרטים חקלאיים בעלי ביצועים גבוהים הוא שילוב מתוחכם של כימיה פולימרית, הנדסה מכנית וכלכלה ספציפית יישומים, בעוד אתגרים ביציבות תרמית, עיבוד התכה, ועלות להישאר, חדשנות מתמשכת בנוסחאות חומרים כגון תערובת וננוקומבטים, בשילוב עם התקדמות בטכנולוגיית שדה extrusion, הוא מעל פני ההשקעה של אלה לבצע, 000 חקלאיות מייצגות מורכבות באמת, עבור חומרים אלה, כלומר, כלומר, לאחר שיפור יעיל של פעילות גופנית, לאחר שיפור חומרים אלה, אשר נועדו באמת, לאחר שיפור יעיל, לאחר שיפור יעיל, הוא חיוני כדי לספק חיים מעגלית, לאחר שיפור יעיל של חומרים אלה, לאחר שיפור יעיל של חומרים מתקדמים, לאחר שיפור יעיל של חומרים אלה, הוא חיוני כדי לספק את החומרים הדרושים כדי לספק את החומרים הדרושים כדי לענות על פני השטח, לאחר שיפור יעיל, לאחר שיפור יעיל, לאחר שיפור יעיל של חומרים ממומשים, לאחר שיפור יעיל של חומרים מכניקה, לאחר שיפור יעיל של חומרים כימיים, הוא חיוני כדי לענות על פני השטח, הוא יעיל, לאחר שיפור יעיל, הוא המשיך פונקציות חיים מעגלית, לאחר שיפור יעיל, לאחר שיפור יעיל עבור חומרים מתקדמים, לאחר שיפור יעיל עבור חומרים מתקדמים, לאחר שיפור יעיל עבור חומרים מתקדמים, לאחר שיפור יעיל עבור חומרים מתקדמים, הוא המשיך טיפול חומרים ממומשכת חיים