plastic uit zetmeel

Polymeren van natuurlijke oorsprong

Tarwe, maïs, aardappels en hout zijn voorbeelden van polymeren van natuurlijke oorsprong. Deze polymeren worden direct geëxtraheerd en gewonnen uit biomassa’s. In deze paragraaf worden 2 polymeren van natuurlijke oorsprong beschreven, dit zijn zetmeel en cellulose

Zetmeel

Zetmeel wordt gewonnen uit diverse graangewassen (bijvoorbeeld tarwe en maïs), knolgewassen (bijvoorbeeld aardappels) en wortels (bijvoorbeeld Cassave). Er is een grote wereldwijde beschikbaarheid van deze gewassen, hierdoor is de prijs laag.

Microscopische opbouw zetmeel

Microscopisch onderzoek concludeert dat de kern van de zetmeel korrel bestaat uit kristallijne moleculen, gedurende de groeifase van de korrel worden er amorfe molecuul ringen gevormd.De amorfe moleculen zijn onvertakt, deze onvertakte polymeren worden amylose genoemd. Amylose zijn lineaire glucose moleculen gekoppeld doormiddel van een zuurstofbrug.

De vertakte polymeren in het zetmeel worden amylopectine genoemd, deze amylopectine wordt verbonden doormiddel van koolstofmonoxide bruggen.

Hoewel de absolute massa van zetmeel maar voor een kwart uit amolyse bestaat, heeft het veel invloed op de eigenschappen van zetmeel. Dit komt omdat amylose uit kleinere moleculen bestaan dan amylopectine. De hoeveelheid amylose en amylpectine moleculen is per gewas verschillend in de onderstaande tabel is weergegeven wat de verhouding tussen beide moleculen is.

Gewas	Amylose	Amylpectine	Verhouding
Aardappelen	21	79	1/5
Maïs	28	72	1/3
Tarwe	26	74	1/4
Cassave	17	83	1/5
Waxy maïs / Waxy aardappelen	0	100

Afhankelijk van de verhouding tussen Amylose/Amylpectine worden de eigenschappen bepaald. Bij een gestructureerde kern van  glucose moleculen zal er een waxy product zijn, dit wil zeggen dat er een product ontstaat wat onder normale omstandigheden hydrofiel is, het product lost op in polaire stoffen zoals water. Bij amylose is het product wat ontstaat onder normale omstandigheden hydrofoob. Bij contact met koud water wordt circa 35 m% van het water opgenomen door het zetmeelmolecuul. Waterstofbruggen en een kristalrooster zorgen ervoor dat het zetmeelmolecuul niet oplost in koud water.

Omzetting zetmeel naar thermoplastisch zetmeel

Wanneer het water met daarin de zetmeelkorrels wordt verwarmt,  nemen de amylose moleculen meer water op. Hierdoor  zwellen de zetmeelkorrels en breken de onderling gevormde  waterstofbruggen, naarmate de suspensie opzwelt en stroperiger wordt nemen ook de amylpectine moleculen water op. Hierdoor verliest de zetmeelkorrel zijn structuur en stevigheid en wordt er een maximale viscositeit bereikt. Bij verder verwarmen en roeren gaan de zetmeelkorrels kapot, de viscositeit neemt af en de moleculen lossen geheel op in water (heldere oplossing). Glycerol wordt vaak toegevoegd als weekmaker om te voorkomen dat de amylosemoleculen niet met elkaar waterstofbruggen vormt bij het afkoelen van de oplossing, hierdoor ontstaat bij de afkoeling een homogeen thermoplastisch zetmeel.

Productie thermoplastisch zetmeel

In de procesindustrie wordt de oplossing van water, glycerol en natief zetmeel door een extruder geleid. In de extruder wordt het zetmeel fijn gemaald in de 2 schroeven en mengt deze op met de weekmakers glycerol en water. In de ‘’Die’’ van de extruder ontstaat een soort folie die naar buiten worden geperst uit de extruder. Deze folies worden vermalen waardoor granulaat ontstaat, dit granulaat wordt het halffabrikaat TPS genoemd wat staat voor ThemoPlastic Starch. Thermoplastisch zetmeel wordt geproduceerd in verschillende kwaliteiten de prijs varieert in verhouding met de kwaliteit tussen de 1,5 -4 euro per kilo TPS. Diverse weekmakers worden aan TPS toegevoegd afhankelijk wat voor kwalitatieve eigenschappen er gewenst zijn.

Specifieke eigenschappen zetmeel

Een specifieke materiaaleigenschap van TPS is de gasbarrière. Thermoplastisch zetmeel heeft namelijk een relatief lage doorlatendheid van CO₂ en zuurstof en een hoge doorlaatbaarheid van water en is daarom een veel gebruikt en geschikt materiaal voor de verpakkingsfolie industrie. De afbreekbaarheid van TPS hangt af van in wat voor omgeving het terecht komt in een vochtige composthoop duurt het slechts enkele dagen voordat het is afgebroken in een droge omgeving is de afbreekbaarheid een aantal maanden.

Belangrijkste eigenschappen zetmeel:

-          Goedkoop

-          Veel voorkomend

-          Kan toegepast worden op standaard apparatuur

-          Lage waterbestendigheid

Matige sterkte