Urgent Sürdürülebilir Elastomerler için ihtiyaç duyar

Küresel plastik kriz, çevresel sorumlulukla performans birleştiren malzemeler için aramayı yoğunlaştırdı. Konvansiyonel elastomerler — lastiklerde kullanılan esnek polimerler, mühürler, tıbbi küvetleme ve sayısız tüketici malları vedash; ancak yüzyıllardır su depolarında ve okyanuslardan neredeyse tamamen geri kalan malzemeler, incinerateden mikroplastik kirliliği ve sera gazı emisyonlarının azaltılmasına katkıda bulunuyor. Biodegradable elastomerler dönüştürücüler dönüştürücü bir alternatif sunuyor: talep eden malzemeler, ancak talep eden birçok tüketiciyi temsil ediyor.

Bu malzemeleri yenilenebilir monomerlerden geliştirme aynı anda iki kritik zorlukla ele alır: sonlu fosil kaynaklarına bağımlılığı azaltır ve bu hızla gelişen alanda temel polimerizasyonunu geliştirir.

Biyodegradable Elastomerleri anlamak: Tasarım Prensipleri ve Gereksinimler

Bir elastomer üç temel özellik sergilemelidir: düşük cam geçiş sıcaklığı (T)g) sıcaklığında esnek kalmak, bağlantılı veya fiziksel olarak entangaçlı ağ, geri dönüşümlü stres ve yeterli zincir hareketliliğini sağlayan bir zincir hareketi) ve çevresel koşullar altında bırakılabilir.

Biyodegradasyon süreci genellikle iki aşamada devam eder. İlk olarak, abiyotik Hidroloji veya mikrobiyo enzimleri polimer zincirlerinin oligarşilerine ve monomerlere kırılır.İkinci olarak, mikroorganizmalar bu parçaları karbon dioksit, su ve biyokütmeler altındaki hizmet ömrüne karşı atmalıdır.

Sürdürülebilir Elastomerler için Anahtar Performans Hedefleri

  • [FONT=0]Tensile gücü[DÜDÜT:1): 5–25 MPa genel amaçlı uygulamalar için; tıbbi implantlar daha yüksek değerlere ihtiyaç duyabilir.
  • [[0]Elongation at break[[Dönetici: 200–% 800 kalıcı ayar olmadan deformasyon sağlamak için.
  • [FONT=0]Modulus of elastikity): 0.1– 10 MPa yumuşak doku veya ambalaj gereksinimleriyle eşleşmesi.
  • [FONT:0] Yarı ömür boyu : Haftalar kompostable paketleme için aylarca; 6– 24 ay tıbbi implantlar veya tarım filmleri için.
  • [FONT:0] ⁇ istikrar[Dönem: 150&ndash'in İşleme sıcaklıkları;200°C önemli bir bozulma olmadan.

Ek polimerizasyon (chain-growth polimerizasyon) bu hedefleri karşılamak için farklı avantajlar sunar. Yüksek moleküler ağırlık elde etmek için yüksek dönüşüm gerektiren adımların aksine, ek polimerizasyon yaşam veya kontrollü tekniklerle hızla ilerler, kesin moleküler ağırlık dağıtım ve son grup işlevselliği sağlar.

Yenilenebilir Monomer Platformlar Biyodegradable Elastomerler

Bugün mevcut olan yenilenebilir monomerler, çeşitli kimyasal aileler, her biri eşsiz reaktivite ve mülk profilleriyle. Uygun monomer veya monomer kombinasyonu elastomer tasarımında kritik ilk adımdır.

Terpenes ve Terpenoidler

Terpenes, yıllık 70.000 tonluk bir çiftlik çiftliği ile ortak bir çiftliği temsil eder.())Limonene[DÜT:1) 70.000 tonluk bir şekilde, 70.000 ton üzerinde 70.000 tonluk bir miktar sıvı madde ile bir çiftliği çiftliği çiftliği çiftliği ile bir araya getirir.

[FONT:0)β-Myrcene[DÜT:1) ve [[Dönetici:2)β-farnesene[Döneticileri) tarafından üretilen şekerlerin fermentasyonu, polimerize edilmiş ve ancak su geçirmez malzemelerle ek mekanizmaların T) ile kapatıldığı bir döngüdür.

Fiber Elastomerler için biyo temelli Diols ve Diacids

Fiberler genellikle adım atarak sentezlenirken, şeker veya lignocelluic biyokütlelerin ek polimerizasyonu ile birlikte üretilirler (kücutlar).Ücretsiz polimerizasyon:0)Succinic asit), şeker veya lüzyonlar tarafından üretilen, kimyasal maddeler ve sukseroidler gibi kimyasal maddelere ve suktoksitize maddelere ulaşır.

[FONT:0]1,3-Propanediol[Dönetici:0) , şimdi yenilenebilir suk asitinden üretilen, polyester bazlı elastomerler için diol bileşenleri sağlar.

Furan-Based Monomers

Furans özellikle umut verici bir platformdur çünkü pentoslardan ve hexoses (C5 ve C6 şeker) dehidrasyon yoluyla.Ücretsiz:0)5-Hydroxy Metilthalic asit (HMF)) ve [[Politika) (PEF)) - Kimyasal maddeler için kontrol edilebilir polimerler için de kontrol edilebilir.

ABD Enerji Bölümü, en iyi on iki değere sahip kimyasalları biyokütlelerden tespit etti ve Avantium ve Corbion gibi şirketler pilot ve gösteri ölçeklerinde ticarileşmiş FDCA üretimine sahiptir.

Itaconic Acid ve Derivatives

Itaconic asit, endüstri tarafından üretilen,ENGT:0)Aspergillus terreus), şekerlemenin fermentasyonunu kullanarak, radikal polimerizasyona sahip bir çift bağ içerir.

Biyorefining

Caprolactone tipik olarak petrokimya, ancak biyo-bazlı rotalar şimdi fermentasyon-derived caproic asit ile takip edilir (a biomass platformu kimyasal). Ring-opening (II) ve [[Düzeyler ile birlikte;) siyonel-parçalı/parçalamalar[Döneticiler arası) ve poligiyaller içinde yumuşak-parçalar ile birlikte yapılır.

Biyodegradable Elastomer Synthesis için polimerizasyon Stratejileri Ekleyen Eklenme

Ekleme polimerizasyon, çeşitli mekanik yaklaşımlar içerir, her biri moleküler ağırlık, kompozisyon, mimarlık ve son grup işlevselliği üzerinde farklı kontrol seviyelerini sunar. Yöntem seçimi monomer yapısına, istenen polimer özelliklerine ve ölçeklenebilirlik gereksinimlerine bağlıdır.

Free-Radical Polimerization

Free-radical polimerizasyon, yenilenebilir monomerlerden gelen elastomerleri sentezlemek için en endüstriyel olgun teknik olarak kalır ve geleneksel olarak hafif koşullardan (–100&desh;C, atmosferik baskı) Monomerler, ve itaconic esterler, organik olmayan kimyasallarla kolayca uyumludur.

[FONT:0)Reversible ek-fragmentasyon zinciri transfer (RAFT) polimerizasyon), yenilenebilir monomerler için seçim yöntemi haline geldi, çünkü su, protic çözücüler ve asitlik monomerler. dithioester veya trithiokarbonat zincir transfer ajanları kullanarak, araştırmacılar polifarnes-block-poli(lactide) termoplastik elastomerler için daha dar dispersity ( Lestr ve nitrit); ve öngörülebilir mekanik performans.

Catonik Polimerizasyon

Catonik polimerizasyon özellikle elektron zengin çift tahvilleri için etkilidir, örneğin limon vebeta;-pinene, vealpha;-tilstyrene türevleri. Lewis asit katalizörleri (BF) ile birlikte, proton kaynakları veya değiştirilebilir ajanlar büyüme zincirini başlatır, AlCl, AlCl)

limonun için, polimerleşmeyi kontrol etmek, monomer&rsquo'ya devre dışı bırakmak gerektirir; müttefik hidrojenler [Dörtüşük sıcaklıklar] ve 20°C) ve kaba karşıtlıklar yaşayan karakter geliştirirken, yumuşak bloklar polifaren veya poliisobutne olarak kullanılabilir.

Ring-Opening Metathesis Polimerization (ROMP)

ROMP, ruthenium veya molybdenum alkylidene kompleksleri tarafından kedilenmiş, doymamış lineer polimerlere dönüştürülebilen, yenilenebilir iyonlu monomerler gibi, kutupen oksit gibi, ve ne de yüzerlerden gelen tür türler ROMP'ye devredilebilir.

ROMP'nin avantajı kutup işlevleri gruplarına ve yaşam karakterine ikinci nesil Grubbs katalizörleri ile bağlı olarak yalan söylüyor. Araştırmacılar poli(limonene-co-norviane) elastomerler tarafından kontrol edilen ve eksiltme süreleri ile eşleştirilirler:0)A 2021'de yapılan çalışma ))[FONT=2][D)[D&ndash’dan elde edilen elastomerler;15 MPa ve tamamen degradiye testlerinde 6 ay içinde tamamen çökmüşlerdir.

Grup Transfer ve Catalyst-Transfer Polimerizasyonlar

Organokatalytic grup transfer polimerizasyon (GTP) ve katalizör transfer polikondensasyon gibi yöntemler, biyokütle elde edilen alternatif rotalar sunar.GTP N-hetero Çevrimsel karbenler veya fosforlar kullanarak, tam monomer yerleştirme gerektiren özel uygulamalar için söz verir.

Yapı vendash; Biyodegradable Elastomers

Yenilenebilir elastomerlerin mekanik ve bozulma özellikleri üç düzeyde yapıya bağlıdır: birincil zincir kompozisyonu, bağlantı yoğunluğu ve tipi ve morfoloji (kristal vs. amorphous domains).

Zincir Kompatörü ve Mikroyapım

T) [Dönetici], yumuşak segmentin düşük sıcaklık performansını belirler.Genel amaçlı elastomerler için, T). ve poli(° en az 20° [FLT]

[FONT=0)Sequence distribution[Döneticiler) Ayrıca önemli. Suknik anhydride ve epss degradları rastgele analoglardan daha eşit derecede daha fazla ayrımcılığa yol açabilirler, çünkü esterler çok uzaylı. Block copolimerler, hidrostatik segmentler kümelenmiş, sürekli faz erodları olarak hızlı bir bozulmadan sonra hızlı bir şekilde bozulma gösterebilirler.

Bağlantı ve Ağ Mimarisi

Elastomerler, geri dönüşümlü elastikliği sergilemek için çapraz bağlantılar gerektirir. Üç bağlantı stratejileri yaygındır:

  • [FONT:0)Covalent haçlı bağlantı[Dönetici: Sulfurt vulcanizasyon, peroksit eğriliği veya multifonksiyonlu monomer kalıcı ağları yaratırlar. Bu malzemeler termosetler ve yeniden işlemez, ancak en yüksek mekanik bütünlüğü sunarlar.
  • [FONT:0)Physical haçlinking[DÜT:1): Termoplastik elastomerler sert domainler (yüksek-T) x) veya kristal bloklar) bu aşamada yumuşak matrisler bozulmadan yeniden kullanılabilir.
  • [FONT:0]Dynamic covalent haçlı [Dynamic covalent crosslinking[[DDDDynamic covalent crosslinking[Dynamic)[[Dyt # 1) : Diels-Alder adducts, disulfide tahviller veya boonic esterler, ağ bütünlüğüne rağmen yeniden işlenebilirlik sağlar;C.Dynamental-dash;C.Dynash;2.

Kristallik ve Hidroli Stability

Kristal alanlar su penetrasyonu ve yavaş bozulmaları engelliyor. Hızlı-komposting uygulamaları için, T)g Aşağıdaki kompostlama sıcaklığının altında (% 50–60°C) daha hızlı bir şekilde hizmet etmek için, 1.4-amatanol succinate gibi yenilenebilir monomerler ile kontrol edilen kristalliği tanıtmak.

Uygulamalar ve Performans Benchmarks

Yenilenebilir monomerlerden biyodegradlanabilir elastomerler, düzenleyici baskı ve tüketicinin sürdürülebilir ürünler için talep ettiği birçok sektör boyunca uygulamaları buluyor.

Ambalaj ve Tek Kullanım Ürünleri

Film, çantalar ve sarmalar dahil olmak üzere esnek ambalaj, en büyük potansiyel pazarı temsil eder.Elastomerler 10 MPa'nın üzerinde çekme gücü ile,% 300'ün üzerinde elongasyon ve 50 g&midkanoate'nin altındaki su aktarma oranları; [PHA) elastomerleri ve poli(butne) elastomerler% 2&mid Down)

Tıbbi Cihazlar ve Tound Engineering

Tıbbi kullanım için biyoprofiller sıkı biyokompatlanabilir standartlarla karşılamalıdır (ISO 10993). Poly(glycerol Sebacate) (PGS), kondensasyon ve yağ asit (hem yenilenebilir), prelastomerik özellikler için uygun, vasküler grebünler ve kardiyak yamalar için. PGS, yüzey erozyonu minimum şişme ile optimize edilir, çevreleyen dokular kompresyon-polimerize alternatifler, poli(ε-caprolactone-co-deltone-korular) gibi.

Tarım ve Bahçecilik

Biyodegradable mulch filmleri, bitki potları ve kontrollü serbest gübre kaplamaları, UV maruz kalma, yağış ve mekanik kullanımları büyüme sezonunda ve sonra da FDCA veya suk asit verimleri ile tamamen yenilenebilir analogları gerektirir.

Tüketici Goods ve Footwear

Footwear midsoles, saat bantları ve telefon vakaları erken biyo temelli elastomerler kabul edilir. Adidas ve Reebok gibi şirketler geleneksel EVA içeren ortasollarla ayakkabı tanıttılar. Addition-polimerized polifarnesene elastomerler, geleneksel EVA'dan daha düşük karbon ayak izi sunarken, atletik uygulamalar için gerekli olan yeniden ve tertemiz.

Mevcut Zorluklar ve Araştırma Frontiers

Önemli ilerlemeye rağmen, birkaç engel yenilenebilir monomerlerden biyodegradable elastomerler yaygın ticari kabul elde etmeye devam ediyor.

[FONT:0]Cost rekabet[[Dönetici: 0,0)[[Döneticiler genellikle 2– petrol müstakiler petrol müstakbellerinden daha pahalı, mikrobiyoloji verimliliğindeki gelişmeler ve çok değerli bir ortak ürün üreten tüm biyorefineries bu boşluğu kapatmak için gereklidir. Succinic asit ve 1.4-butanediol, son on yılda% 40–%60'ı azalttı.

[FONT:0]Mechanical property parity[[Dönetici: FLT:0)Mechanical property parity[[Dönetici:0)[Dönetici:0)))))))))))))))))))) Katı metalik nanokristallerle takviyeli nanoparçacıklar, ya da pirinçten elde edilen silikat, biyodegraddan ödün vermeden dayanıklılık artırmak için araştırılır.

[FONT=0)Degradasyon oranı kontrolü[[Dönetici: Gerçek dünya koşulları altında tahmin edilen bozulmalar zorlu kalır. Endüstriyel bir kompostlama tesisinde güvenilir olan bir malzeme, programlanabilir bozulma ve artırılmış elastomerler geliştirme; spesifik enzimler, pH veya sıcaklık eşikleri vedash; aktif bir araştırma alanı.

[FONT:0)Processing challenges[[DÜDÜT 1: 1 ): Birçok yenilenebilir polimerler düşük termal stabilite veya yüksek erikozsiyon nedeniyle dar işleme pencerelerini sergilemektedir. Reaktif Capsule, monomers doğrudan ekstrümanta polimerleşmiştir ve ısı tarihi azaltır ve blok veya gremerlerin yapılabilmesini sağlar.

[FONT:0)Standartlar ve sertifikasyon[Dönetici: Confüzyon, hangi “biodegradable” EN 13432 (endüstriyel kompost) gibi farklı ortamlar için gerekli olan, ASTM D6400 (eski plastikler), ve OECD 301 (okuy biyodegradability) çerçeveler sağlar, ancak tek standart kaplama deniz veya toprak bozulmamış.

Future Outlook: Geometrik Elastomer Sistemlerine Doğru

Bir sonraki biyodegrad edilebilir elastomerler muhtemelen çok gelişmiş özellikler içerecektir. [Dönetici:0)[Dönetici kapasitesi), son derece düşük kalitede kimyasal geri dönüşümleri korurken hizmet ömrünü genişletir.[Dönetici:2).Recyclable-by-design) Belirli çevresel cular tarafından tetiklenirken, toprağa geri dönerler, biyolojik bozulmalar ilerleyebilirler.

Sentetik biyoloji, monomer araç kutusunu dramatik bir şekilde genişletmek için hazırlanmaktadır. Mikrobial isoprene, farnesene, ve myrcene zaten ticari ölçeklerde çalışır ve toprak-kullanıcıları azaltmak için yeni yollar, ölüler ve lactones CO)

[FONT:0]Doğasal İncelemeler Malzemeler[Dönetici:2] ) 21. yüzyılda yenilenebilir ek polimerizasyonların uygun yüksek performanslı malzemeler için merkezi bir rol oynayacakları sonucuna varmıştır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yenilenebilir monomerlerden yenilenebilir enerjik elastomerler ek polimerizasyon yoluyla geliştirmek plastik kirliliği ve fosil yakıt bağımlılığını azaltmak için beton ve ölçeklenebilir bir yol gösteriyor. Alan kanıt-konsep gösterilerinin ötesine geçti: aşırılık asit ve kürk türevleri, endüstriyel ölçeklerde beton ve ölçeklenebilir bir yol açıyor; kontrollü polimerizasyon teknikleri kesin moleküler mimariler sunar; ve uygulama testleri ambalajlarda performans gösterir, tıbbi, tarımsal ve tüketici malları sektörleri.