Ein thermisch verarbeitbarer, selbstheilender und vollständig biobasierter Stärkekunststoff

Die Übertragung von Plastikmüll vom Land in die Ozeane und seine anschließende Anreicherung in der Nahrungskette stellt eine große Bedrohung sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit dar. Folglich hat die Entwicklung erneuerbarer, kostengünstiger und umweltfreundlicher Alternativmaterialien große Aufmerksamkeit und Interesse geweckt.

Stärke ist aufgrund ihres Vorkommens und ihrer erneuerbaren Natur ein äußerst begehrtes Material für die Herstellung von Biokunststoffen. Einschränkungen wie Sprödigkeit, Hydrophilie und thermische Eigenschaften schränken jedoch seine breite Anwendung ein.

Eine Gruppe von Forschern des State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering an der South China University of Technology geht auf diese Bedenken ein und stellt eine neuartige Strategie zur Herstellung eines vollständig biobasierten Stärkekunststoffs vor, der zahlreiche Vorteile aufweist, darunter überlegene Flexibilität, Wasserdichtigkeit und hervorragende Wärmedämmung Verarbeitbarkeit und Selbstanpassungsfähigkeit.

„Native Stärke weist aufgrund der starken Wasserstoffbrückenbindung zwischen ihren Molekülketten eine große Steifheit auf, was zu Herausforderungen bei der thermischen Verarbeitung führt“, erklärt Xiaoqian Zhang, der Erstautor der in veröffentlichten Studie Grüne Energie und Umwelt. „Es wurde ein kovalentes, anpassungsfähiges Netzwerk aufgebaut, um die Wasserstoffbrückenbindung effektiv zu schwächen und die Spannungsrelaxation von Stärkeketten zu verbessern.“

„Bei der Herstellung des vollständig biobasierten Stärkekunststoffs wurde Dialdehydstärke einer milden Schiff-Base-Reaktion mit einem auf Pflanzenöl basierenden Diamin unterzogen. Diese Reaktion führte zur Bildung dynamischer Iminbindungen, die gespalten werden konnten „Unter Hitzeeinwirkung reversibel reformiert. Infolgedessen zeigte der Stärkekunststoff eine bemerkenswerte thermische Verarbeitbarkeit“, sagte Zhang.

„Darüber hinaus verstärkte das Vorhandensein langer aliphatischer Ketten im Diamin die sterische Hinderung der Stärkemolekülketten, was zu einer verbesserten Flexibilität und Hydrophobie des Stärkekunststoffs führte.“

Xiaohui Wang, korrespondierender Autor der Studie, fügte hinzu: „Unser transparenter Stärkekunststoff, der Iminbindungen enthält, zeigt auch die Fähigkeit zur Selbstheilung. Er kann nicht nur Kratzer, sondern auch großflächige Schäden durch eine einfache Wärmepressbehandlung reparieren.“

Bemerkenswert ist, dass die Selbstheilungseffizienz in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften mehr als 88 % erreichte. Diese wünschenswerten Eigenschaften machen den Stärkekunststoff für verschiedene praktische Anwendungen äußerst attraktiv. „Durch diese Studie haben wir erfolgreich eine neuartige Designstrategie zur Entwicklung nachhaltiger, thermisch verarbeitbarer und abbaubarer Biokunststoffe unter Verwendung vollständig biobasierter Materialien eingeführt“, schloss Wang.