วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีปฏิกิริยาอย่างไรกับแสงแดด?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพฉันได้เห็นความต้องการทางเลือกที่ยั่งยืนในอุตสาหกรรมต่าง ๆ โดยตรง หนึ่งในแง่มุมที่น่าสนใจที่สุดของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพคือการมีปฏิสัมพันธ์กับแสงแดดซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการย่อยสลาย ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีปฏิสัมพันธ์กับแสงแดดสำรวจกลไกปัจจัยและความหมายสำหรับการใช้งานของพวกเขา

ทำความเข้าใจกับวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ก่อนที่เราจะดำดิ่งสู่การมีปฏิสัมพันธ์กับแสงแดดให้เข้าใจสั้น ๆ ว่าวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพคืออะไร วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นสารที่สามารถย่อยสลายได้โดยกระบวนการทางธรรมชาติเช่นการกระทำของจุลินทรีย์เช่นแบคทีเรียเชื้อราและสาหร่าย วัสดุเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อกลับสู่ธรรมชาติลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับพลาสติกแบบดั้งเดิมและวัสดุอื่น ๆ ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ประเภททั่วไปของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ได้แก่ กรด polylactic (PLA), polybutylene succinate (PBS) และ polybutylene adipate terephthalate (PBAT)PLA PBSเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมเนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลที่ค่อนข้างดีและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพPLA PBS ผสมผสานรวมข้อดีของวัสดุทั้งสองให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในการใช้งานที่แตกต่างกันPbat Plaการผสมผสานยังใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานบรรจุภัณฑ์เนื่องจากมีความยืดหยุ่นและความแข็งแรงในขณะที่ยังสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

บทบาทของแสงแดดในการย่อยสลายทางชีวภาพ

แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สามารถเริ่มต้นและเร่งการย่อยสลายของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพผ่านกระบวนการที่เรียกว่า photodegradation Photodegradation เกิดขึ้นเมื่อพลังงานจากแสงแดดโดยเฉพาะรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จะแบ่งพันธะเคมีในโซ่พอลิเมอร์ของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

รังสี UV และการย่อยสลายพอลิเมอร์

สเปกตรัม UV ของแสงแดดสามารถแบ่งออกเป็นสามภูมิภาค: UVA (320 - 400 nm), UVB (280 - 320 nm) และ UVC (100 - 280 nm) อย่างไรก็ตามรังสี UVC ส่วนใหญ่ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศของโลกและมีเพียง UVA และ UVB ถึงพื้นผิวโลก รังสี UVA มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นและพลังงานที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ UVB แต่ก็ยังสามารถเจาะลึกเข้าไปในวัสดุได้ ในทางกลับกันรังสี UVB มีพลังงานสูงกว่าและอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญต่อโซ่พอลิเมอร์

เมื่อโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพดูดซับรังสี UV พลังงานสามารถกระตุ้นอิเล็กตรอนในพันธะเคมีทำให้พวกมันแตก สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลอิสระซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่มีปฏิกิริยาสูง อนุมูลอิสระเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างเปอร์ออกไซด์และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นอื่น ๆ การก่อตัวของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ทำให้โครงสร้างพอลิเมอร์อ่อนแอลงทำให้มีความอ่อนไหวต่อการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์มากขึ้น

การออกซิเดชั่นและโซ่

กระบวนการออกซิเดชันที่ริเริ่มโดยรังสี UV สามารถทำให้เกิดการกัดเซาะโซ่ซึ่งเป็นการทำลายโซ่พอลิเมอร์เป็นชิ้นส่วนที่เล็กลง เมื่อโซ่พอลิเมอร์แตกน้ำหนักโมเลกุลของวัสดุจะลดลงและคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่นวัสดุอาจเปราะมากขึ้นสูญเสียความแข็งแรงและพัฒนารอยแตกและหลุม การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เพิ่มพื้นที่ผิวของวัสดุทำให้จุลินทรีย์สามารถเข้าถึงและลดระดับพอลิเมอร์ได้ง่ายขึ้น

ปัจจัยที่มีผลต่อการมีปฏิสัมพันธ์กับแสงแดด

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการที่วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีปฏิกิริยากับแสงแดดและอัตราการย่อยสลายด้วยแสง

โครงสร้างพอลิเมอร์

โครงสร้างทางเคมีของพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีบทบาทสำคัญในความไวต่อการแผ่รังสีรังสียูวี พอลิเมอร์ที่มีพันธะคู่หรือแหวนอะโรมาติกในโครงสร้างของพวกเขามักจะมีแนวโน้มที่จะถูก photodegradation มากขึ้นเนื่องจากกลุ่มเหล่านี้สามารถดูดซับรังสี UV ได้อย่างง่ายดายมากขึ้น ตัวอย่างเช่นโพลีเมอร์ที่มีการเชื่อมโยงเอสเตอร์เช่น PLA และ PBS อาจมีความไวต่อการไฮโดรไลซิสและการออกซิเดชั่นที่เกิดจากรังสียูวี

สารเติมแต่ง

วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจำนวนมากมีสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของพวกเขาเช่นสารต้านอนุมูลอิสระความคงตัวของรังสียูวีและเม็ดสี สารต้านอนุมูลอิสระสามารถทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระและป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายต่อโซ่พอลิเมอร์ ในทางกลับกันความคงตัวของรังสียูวีสามารถดูดซับหรือสะท้อนรังสี UV ปกป้องพอลิเมอร์จากผลกระทบที่เป็นอันตราย เม็ดสียังสามารถส่งผลกระทบต่อการมีปฏิสัมพันธ์กับแสงแดด เม็ดสีบางชนิดสามารถดูดซับรังสียูวีและถ่ายโอนพลังงานไปยังพอลิเมอร์เร่งการย่อยสลายในขณะที่คนอื่นสามารถป้องกันได้โดยการสะท้อนหรือกระจายแสง

สภาพแวดล้อม

สภาพแวดล้อมเช่นอุณหภูมิความชื้นและการปรากฏตัวของมลพิษอาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการโฟโตไดเรต อุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีรวมถึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและการเกิดจากโซ่ ความชื้นยังสามารถมีบทบาทได้เนื่องจากน้ำสามารถทำหน้าที่เป็นสื่อกลางสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีและสามารถเพิ่มการแทรกซึมของออกซิเจนเข้าไปในวัสดุ มลพิษในอากาศเช่นโอโซนและไนโตรเจนออกไซด์สามารถทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นซึ่งมีอิทธิพลต่อกระบวนการย่อยสลาย

ผลกระทบสำหรับแอปพลิเคชัน

การทำงานร่วมกันของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพกับแสงแดดมีความหมายหลายประการสำหรับการใช้งานในแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

แอปพลิเคชันกลางแจ้ง

สำหรับวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ใช้ในการใช้งานกลางแจ้งเช่นฟิล์มคลุมด้วยหญ้าเกษตรบรรจุภัณฑ์สำหรับผลิตภัณฑ์กลางแจ้งและวัสดุก่อสร้างการสัมผัสกับแสงแดดเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ การทำความเข้าใจกระบวนการ photodegradation เป็นสิ่งสำคัญในการทำให้มั่นใจว่าอายุยืนและประสิทธิภาพของวัสดุเหล่านี้ ผู้ผลิตจำเป็นต้องเลือกโพลีเมอร์และสารเติมแต่งที่สามารถทนต่อรังสี UV และสภาพแวดล้อมในแอปพลิเคชันเฉพาะ ตัวอย่างเช่นในฟิล์มคลุมด้วยหญ้าเกษตรวัสดุจำเป็นต้องรักษาความแข็งแรงและความสมบูรณ์ในช่วงเวลาหนึ่งเพื่อให้การควบคุมวัชพืชและการป้องกันดินที่มีประสิทธิภาพ แต่ก็ควรลดลงหลังจากอายุการใช้งานที่มีประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

แอปพลิเคชันในร่ม

แม้ในการใช้งานในร่มวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพยังสามารถสัมผัสกับรังสี UV บางส่วนจากแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์เช่นไฟเรืองแสงและไฟ LED แม้ว่าความเข้มของรังสี UV จากแหล่งเหล่านี้ต่ำกว่าแสงแดดมาก แต่เมื่อเวลาผ่านไป แต่ก็ยังสามารถทำให้วัสดุเสื่อมสภาพได้ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากแสงในร่มที่มีต่อประสิทธิภาพและความทนทานของผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ติดต่อเพื่อจัดซื้อจัดจ้าง

หากคุณสนใจที่จะซื้อวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่มีคุณภาพสูงสำหรับผลิตภัณฑ์ของคุณฉันขอเชิญคุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายการจัดซื้อจัดจ้าง เรานำเสนอที่หลากหลายPLA PBS-PLA PBS ผสมผสาน, และPbat Plaผลิตภัณฑ์ที่มีการกำหนดอย่างรอบคอบเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับวัสดุประสิทธิภาพการทำงานและความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน ไม่ว่าคุณจะอยู่ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์การเกษตรหรือสินค้าอุปโภคบริโภคเราสามารถช่วยคุณค้นหาโซลูชันที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่เหมาะสมสำหรับธุรกิจของคุณ

การอ้างอิง

• Albertsson, A. - C. , & Varma, IK (2002) โพลีเอสเตอร์อะลิฟาติกที่ย่อยสลายได้ ความคืบหน้าในวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์, 27 (11), 1627 - 1732
• Andrady, Al (2011) microplastics ในสภาพแวดล้อมทางทะเล Bulletin มลพิษทางทะเล, 62 (8), 1596 - 1605
• Barnes, DKA, Galgani, F. , Thompson, RC, & Barlaz, M. (2009) การสะสมและการกระจายตัวของเศษพลาสติกในสภาพแวดล้อมระดับโลก การทำธุรกรรมทางปรัชญาของ Royal Society B: วิทยาศาสตร์ชีวภาพ, 364 (1526), ​​1985 - 1998