Биоматериалы представляют собой экономически выгодную возможность заменить покрытия на основе нефтепродуктов на перерабатываемые, компостируемые материалы, что позволяет сократить выбросы углекислого газа.
- Возможность нанесения покрытия на водной основе
- Биоматериалы на основе крахмала и история болезни
- Варианты модифицированного крахмала для нанесения покрытий
Глобальное производство извлекло выгоду из использования материалов на основе нефти (PBM) в тысячах приложений со времен промышленной революции. PBM не только произвели революцию в эффективности обработки и возможностях продукта, но и снизили стоимость многих готовых продуктов. Бутылки для воды, компьютерное оборудование, автомобильные продукты, обертки для продуктов, пакеты для продуктов и многие другие продукты, включающие материалы на основе ископаемого топлива, обычно производятся по ценам, которые делают их легкодоступными для среднего потребителя.
В последние десятилетия негативное воздействие PBM на окружающую среду и здоровье человека стало серьезной проблемой для регулирующих органов и потребителей. Лакокрасочная промышленность подверглась критике за использование различных материалов на основе PBM, что способствовало возникновению экологических проблем. В ответ на это отрасль перешла на более устойчивые варианты.
Достижения в области материаловедения открывают возможности для переформулирования упаковочных решений с использованием более функциональных и био-основанных химических веществ. Био-основанные покрытия предлагают потенциал для сокращения выбросов углерода, сокращения использования природных ресурсов и перехода от нефтепродуктов.
На основе нашего опыта применения, биополимеры на основе крахмала являются решением для замены различных синтетических химикатов в покрытиях на водной основе. На сегодняшний день крахмал является недостаточно изученным биоматериалом в покрытиях на водной основе за пределами бумажной упаковки.
Возможность нанесения покрытия на водной основе
За последнее десятилетие многие формулы покрытий на водной основе были скомпонованы для снижения или устранения уровней летучих органических соединений (ЛОС). Это значительно снижает воздействие на окружающую среду и потенциальные риски для здоровья работников отрасли и потребителей. Кроме того, они устранили или значительно сократили присутствие многих нейротоксинов, распространенных в покрытиях, включая бензол, этиленгликоль, стирол и ксилол.
Многие производители уже внедрили натуральные материалы в свои рецептуры, используя карбоксиметилцеллюлозу, соевые белки и альгинат натрия. Эти натуральные материалы создают новые проблемы для производителей, поскольку их производительность или стоимость могут быть не столь конкурентоспособными на текущем рынке. Поиск наиболее устойчивой рецептуры по разумной цене с наилучшими эксплуатационными характеристиками по-прежнему остается проблемой.
Биоматериалы на основе крахмала для покрытий на водной основе
Крахмал как углевод можно получить из таких источников, как кукуруза, маис, тапиока или картофель, которые содержат линейные молекулы амилозы и/или разветвленные молекулы амилопектина. Количество этих молекул в источнике крахмала определяет функциональность крахмального продукта. Современная наука о растениях работает с партнерами из промышленности и университетов для разработки сортов сельскохозяйственных культур, которые обеспечивают как естественные молекулярные различия, так и преимущества в производительности в различных областях применения. Крахмал является ценным возобновляемым ресурсом в таких отраслях, как производство продуктов питания, пивоварение и производство упаковки. Благодаря широкой доступности источников сельскохозяйственных культур крахмал также является одним из самых дешевых биополимеров на рынке. Кроме того, продукты на основе крахмала по своей природе биоразлагаемы и компостируются.
Нативный крахмал обычно химически модифицируется (после экстракции) для придания преимуществ производительности. Наиболее распространенным модифицированным крахмалом в сфере покрытий является гидроксиэтилированный, который широко известен тем, что обеспечивает сильную реологическую стабильность рецептур, включая удержание воды, стабильность покрытия и превосходную работоспособность на оборудовании для нанесения в поверхностных/покрывающих приложениях.
Гидроксиэтилированные крахмалы широко используются в покрытиях для бумажной упаковки посредством клеильного пресса, внемашинных и машинных покрытий. Другие модифицированные крахмалы, используемые в покрытиях, включают окисленные, ацетилированные, кислотно-разбавленные или сложные эфиры крахмала. При наличии множества вариантов выбор крахмала зависит от глубокого понимания потребностей и возможностей процесса, поскольку различные модификации придают различные свойства.
В покрытиях для бумаги/упаковки крахмал является предпочтительным связующим веществом природного происхождения для внедрения в рецептуру как базового, так и верхнего покрытия. В базовых покрытиях продукты на основе крахмала, как было показано, потенциально устраняют загустители и снижают содержание латекса, в конечном итоге улучшая качество картона. В верхних покрытиях продукты на основе крахмала увеличивают водоудержание покрытия, что приводит к лучшей структуре, уменьшению миграции связующего вещества и улучшению склеиваемости с меньшим слипанием.
Варианты модифицированного крахмала для нанесения покрытий
Решения, использованные в приведенной выше истории болезни, принадлежат Ingredion . Компания предлагает разнообразные модифицированные крахмалы для нанесения покрытий с различной вязкостью и молекулярной массой, что обеспечивает уникальные преимущества. Продукты обобщены ниже, однако выбор часто подбирается в соответствии с конкретными целями применения и ключевыми показателями эффективности.
Жидкие натуральные полимеры (LNP) — это готовые к использованию крахмальные продукты, предназначенные для использования в рецептурах покрытий, где желаемое содержание твердых веществ в общей рецептуре ограничивает использование сухого продукта. Жидкие крахмалы для покрытий разработаны с высоким содержанием твердых веществ, как и в обычных латексных смоляных материалах. При эквивалентном содержании твердых веществ в материале использование этих LNP позволяет разработчику рецептуры точно поддерживать общее содержание твердых веществ в рецептуре. Вязкость рецептуры изменится при замене латекса на крахмал из-за влияния молекулярной массы на реологию покрытия. (REDIFILM TM — это название решений LNP.)
Гидрофобные эфиры крахмала (HSE) представляют собой модифицированные крахмалы, которые производятся с помощью производного октенилянтарного ангидрида (OSA), замещаемого на молекуле крахмала. Было показано, что продукты HSE демонстрируют свойства, схожие с полимерными поверхностно-активными веществами в некоторых составах. При диспергировании с латексной смолой в составах на водной основе HSE создают слабую ионную сеть, сравнимую с ассоциативными загустителями. (FILMKOTE ® — это название решений HSE.)
Связующие для покрытий: Предварительно загущенные или вмешиваемые крахмальные материалы уникальны тем, что они позволяют использовать продукт с высокой молекулярной массой в виде порошка, тогда как стандартные жидкие крахмалы не будут достаточно подходящими из-за более высокого содержания воды в приготовленной пасте. Поскольку предварительно загущенные крахмальные продукты были высушены распылением после приготовления, они обладают высокой растворимостью. Это позволяет смешивать их в сухом виде в пигментную суспензию рецептуры или, в зависимости от применения, в жидкую латексную смолу. Благодаря своему способу нанесения эти крахмалы способствуют более высокой прочности связывания на дозировку. (PEN-COTE ® — это название предварительно загущенных крахмальных связующих для покрытий.)
