淀粉基生物降解塑料的应用研究进展
淀粉基可降解材料的应用及其研究现状徐国皓孟瑶任芯雨张潮

淀粉基可降解材料的应用及其研究现状徐国皓孟瑶任芯雨张潮发布时间:2023-07-13T04:42:27.662Z 来源:《国家科学进展》2023年5期作者:徐国皓孟瑶任芯雨张潮[导读] 新材料是现代科技发展之本,可降解材料是国家战略性新兴产业发展方向之一。
随着全球对改善环境的诉求越来越强烈,使用生物可降解材料被认为是根治一次性塑料“白色污染”最有效的解决方案。
淀粉属于天然可再生材料,用廉价的淀粉为原料制备各种高价值的生物质材料,不仅实现了淀粉的华丽变身,而且取代了大量难以降解的传统塑料制品,有效参与到“白色污染”治理当中,促进社会生态体系的建设,对中国双碳战略目标以及全球节能减排具有重要意义。
四川省宜宾市翠屏区西华大学四川宜宾 644000摘要:新材料是现代科技发展之本,可降解材料是国家战略性新兴产业发展方向之一。
随着全球对改善环境的诉求越来越强烈,使用生物可降解材料被认为是根治一次性塑料“白色污染”最有效的解决方案。
淀粉属于天然可再生材料,用廉价的淀粉为原料制备各种高价值的生物质材料,不仅实现了淀粉的华丽变身,而且取代了大量难以降解的传统塑料制品,有效参与到“白色污染”治理当中,促进社会生态体系的建设,对中国双碳战略目标以及全球节能减排具有重要意义。
关键词:淀粉;可降解材料;环境保护一、淀粉基可降解材料的概念淀粉基可降解材料是一类新型的可生物降解材料,通常由淀粉等植物性原料制成,经过一系列的工艺处理使其成为可降解材料。
淀粉基可降解材料可以在自然环境中被微生物分解,变成二氧化碳和水等无害物质,不会对环境造成污染。
在制造过程中,需要添加一定的降解剂,以便使其更容易被微生物分解,加快分解速度。
淀粉基可降解材料可以被广泛应用于制造一次性包装材料、餐具、农业覆盖膜等,是当前环保意识逐渐增强的条件下,替代传统不可降解材料的热门选择。
二、淀粉基可降解材料的优势淀粉基可降解材料是一种具有极大优势的环保材料,其应用前景广泛,具有推动环保、可持续发展的重要作用。
淀粉基塑料在环保包装材料中的应用研究

淀粉基塑料在环保包装材料中的应用研究简介:随着人们环保意识的增强和对可持续发展的追求,环保包装材料的需求日益增长。
淀粉基塑料作为一种可降解材料,具有广泛应用前景。
本文将对淀粉基塑料在环保包装材料中的应用进行研究,并探讨其优点和挑战。
1. 淀粉基塑料的背景淀粉基塑料是一种与传统塑料相比较环保的材料。
它由淀粉与其他添加剂如改性剂、塑化剂等混合而成。
淀粉基塑料具有良好的可降解性和生物相容性,对环境友好,不会造成长期的污染。
2. 淀粉基塑料在包装领域的应用2.1 可降解包装膜淀粉基塑料可以用于制作可降解的包装膜,如食品包装膜、农业覆盖膜等。
这些膜可以与土壤发生生物降解反应,减少对环境的污染。
同时,淀粉基塑料还具有一定的防潮性和防氧化性能,能够满足包装需求。
2.2 包装制品淀粉基塑料还可以制作各种包装制品,如一次性餐具、袋子等。
这些制品既可以满足包装功能,又可以避免传统塑料包装带来的环境压力。
与传统塑料相比,淀粉基塑料可以更快地被分解,减少生态系统的负荷。
3. 淀粉基塑料的优点3.1 可降解性淀粉基塑料具有良好的可降解性,可以在自然环境中迅速降解,降低对环境的长期影响。
3.2 资源可再生性淀粉是一种可重复利用的资源,可以通过植物种植来提供原料,具有良好的可持续性。
3.3 生物相容性淀粉基塑料与人体和环境具有良好的生物相容性,能够降低对人体健康和生态环境的影响。
4. 淀粉基塑料的挑战4.1 技术难题淀粉基塑料在使用过程中,容易受潮和脆化,降低了其可用性和储存稳定性,需要通过技术手段来解决。
4.2 生产成本淀粉基塑料的生产成本相对较高,导致其在市场上的竞争力较弱。
进一步降低生产成本是一个亟待解决的问题。
5. 淀粉基塑料的未来发展方向5.1 技术改进通过改进制造工艺和添加剂的配方,提高淀粉基塑料的性能和稳定性,增加其在包装领域的应用价值。
5.2 降低生产成本通过技术创新和规模化生产,降低淀粉基塑料的生产成本,提高其在市场上的竞争力。
淀粉基生物降解塑料的研究现状和发展方向

淀粉基生物降解塑料的研究现状和发展方向
研究背景
近年来,全球范围内的环境污染日益严重,塑料污染的严重性也越来越受到重视。
聚合物材料被广泛地应用于能源、医疗、建筑和交通等领域,作为可快速生产的廉价材料。
由于聚合物材料本身耐久性强,当其被回收使用时,其废弃物将分解在环境中,严重影响生物质圈的健康。
因此,聚合物材料的快速而有效的生物降解已成为当前研究的热点。
聚合物材料被认为是可以用有机化合物降解的有机物质,研究发现,淀粉可以用于快速降解塑料,并且具有实际的可行性。
研究现状
淀粉基生物降解塑料的研究历史最早可以追溯到20世纪90年代末。
这一时期,一些学者利用物理和化学方法,分析了由淀粉、半醇或糖类降解得到的聚合物材料的性质和结构。
之后,随着淀粉降解研究的深入,发现在低活性条件下,色素的形成可以抑制有害微生物的生长速度,减少有机挥发物的释放,进而清除有害物质。
现今,淀粉基生物降解塑料在世界各地的应用不断扩大,研究工作得到了急剧加速。
研究发现,淀粉可以改变塑料的分子结构,减轻其质量,使其变得更容易降解。
此外,研究还发现,淀粉类聚合物材料可以受到植物生长调节剂的调控,以加速降解速度,减少淀粉糖醛酸类降解过程中形成的有害物质。
发展方向
未来,淀粉基生物降解塑料将会越来越受到重视。
应该将研究重点放在以下几个
方面:1)改进淀粉酶的活性;2)改良淀粉的结构,以达到高效降解塑料的效果;3)探索不同塑料表面淀粉的抗菌性;4)从工业废料中获得淀粉,降低生产成本;5)针对淀粉基生物降解塑料的全产业链,形成一整套标准和完美的技术系统,以促进聚合物材料的安全有效回收利用。
生物可降解塑料塑料的最新研究现状

⽣物可降解塑料塑料的最新研究现状⽣物可降解塑料的研究现状摘要:⽣物可降解材料因其具有可降解的特性越来越受到⼈们的关注。
本⽂主要介绍⽣物可降解塑料的应⽤背景,塑料的最新研究及其成果。
其中可降解塑料包括淀粉基⾼分⼦材料、聚乳酸和PHB。
关键词:⽣物可降解塑料⽩⾊污染淀粉基材料聚乳酸PHB现代材料包括⾦属材料、⽆机⾮⾦属材料和⾼分⼦材料作为现代⽂明三⼤⽀柱(能然、材料、信息)之⼀在⼈类的⽣产活动中起着越来越重要的作⽤。
[1]传统的⾼分⼦塑料在给国民经济带来快速发展,⼈民⽣活带来巨⼤改变的同时也给⼈类的⽣存环境带来了巨⼤的破坏。
当今社会“⽩⾊污染”的问题变得越来越受关注。
这类塑料由于在⾃然环境下难以降解处理,以致造成了城市环境的视觉污染,同时由于它们不能像草⽊⼀样被⽣物降解,还常常引起动物误⾷,并造成⼟壤环境恶化。
塑料制品在⾷品⾏业中⼴泛使⽤,⾼温下塑料中的增塑剂、稳定剂、抗氧化剂等助剂将渗⼊到⾷物中,会对⼈的肝脏、肾脏及中枢神经系统造成损害。
塑料的⼤量使⽤必然会带来如何处理废弃塑料的难题。
传统的塑料处理⽅法主要包括直接填埋、焚烧、⾼温炼油等⽅法。
这些处理⽅法不仅对环境造成破坏,同时也对⼈类健康构成巨⼤威胁。
⽯油、天然⽓等能然已⾯临危机,以⽯油为原料的塑料⽣产将受到很⼤的阻⼒。
为了减少废弃塑料对环境的污染和缓解能然危机,多年来⼈们努⼒开发⽣物可降解材料,⽤以替代普通塑料。
⽣物可降解塑料是指⼀类由⾃然界存在的微⽣物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作⽤⽽引起降解的塑料。
理想的⽣物降解塑料是⼀种具有优良的使⽤性能、废弃后可被环境微⽣物完全分解、最终被⽆机化⽽成为⾃然界中碳素循环的⼀个组成部分的⾼分⼦材料。
⽣物降解过程主要分为三个阶段:(1)⾼分⼦材料表⾯被微⽣物粘附;(2)微⽣物在⾼分⼦表⾯分泌的酶作⽤下,通过⽔解和氧化等反应将⾼分⼦断裂成相对分⼦量较低的⼩分⼦化合物;(3)微⽣物吸收或消化⼩分⼦化合物,经过代谢最终形成⼆氧化碳和⽔。
淀粉基塑料在食品工业中的应用前景分析

淀粉基塑料在食品工业中的应用前景分析近年来,全球范围内对于可持续发展和环境保护的需求不断增加,传统塑料制品的诸多问题也逐渐浮出水面。
而淀粉基塑料作为一种可降解塑料,在食品工业中有着广阔的应用前景。
本文将围绕淀粉基塑料的特点、应用领域及发展趋势展开分析。
淀粉基塑料是以淀粉作为主要成分制成的一种塑料制品,其具有可再生、可降解的特点。
相比于传统塑料制品,淀粉基塑料在生产和使用过程中对环境的影响更小。
首先,淀粉作为一种易于获取和再生的资源,可以大量替代石化原料,减少对化石能源的依赖。
其次,淀粉基塑料具备可降解的特性,可以在自然环境中分解成水和二氧化碳,不会像传统塑料一样产生长时间的污染问题。
因此,淀粉基塑料在食品工业中的应用前景备受关注。
淀粉基塑料在食品工业中有众多的应用领域。
首先,淀粉基塑料可以用于包装食品。
传统的食品包装材料往往由石化塑料制成,不仅对环境造成污染,还可能对食品产生化学污染。
而淀粉基塑料作为一种绿色环保材料,可以有效减少对食品的污染风险。
其次,淀粉基塑料还可以用于制造一次性餐具和容器。
随着人们对卫生的要求不断提高,一次性餐具和容器的需求量也在增加。
然而,传统的一次性餐具和容器往往采用聚苯乙烯等不可降解塑料制成,对环境造成严重的污染。
而淀粉基塑料的可降解特性使得其成为一次性餐具和容器的理想替代品。
此外,淀粉基塑料还可以应用于食品加工设备和包装机械的配件制造,提供了可持续发展和环保的解决方案。
然而,淀粉基塑料在食品工业中的应用还面临着一些挑战。
首先,淀粉基塑料的成本相对较高。
与传统塑料相比,淀粉基塑料在制备过程中需要使用一定的辅助材料和工艺,导致产生的成本较高。
这使得淀粉基塑料的市场竞争力相对较弱,限制了其在食品工业中的广泛应用。
其次,淀粉基塑料的机械性能相对较差。
由于淀粉是一种天然有机物,其分子链结构较为复杂,容易受热和湿度等外界因素的影响,导致淀粉基塑料的抗拉强度、耐热性和耐湿性较差。
淀粉基塑料的制备方法与技术进展

淀粉基塑料的制备方法与技术进展近年来,随着对可持续发展和环境保护意识的增强,替代传统塑料材料的研究和开发成为了热点领域。
淀粉基塑料作为一种可降解的生物塑料,在可塑性、力学性能等方面具备了很大的潜力。
本文将介绍淀粉基塑料的制备方法与技术进展。
淀粉基塑料是以淀粉为主要原料,通过添加改性剂、增塑剂等,在一定的条件下加工制备而成的塑料材料。
传统的淀粉基塑料通常存在可塑性差、力学性能差和湿热稳定性差等问题,因此需要通过改进制备方法和引入新技术来提高其综合性能。
一种常见的淀粉基塑料制备方法是热熔挤出法。
该方法基于挤出机原理,将经过预处理的淀粉与改性剂、增塑剂等添加剂混合均匀后,在一定的温度和压力下进行挤出成型。
这种方法具有工艺简单、生产效率高的优点,可以用于生产薄膜、薄板、管材等产品。
另一种常用的淀粉基塑料制备方法是糖基化法。
该方法首先将淀粉水解成糖,然后通过一系列的反应和加工步骤,将糖基化合物与增塑剂等混合,最终形成塑料材料。
这种方法可以得到具有较好可塑性和机械性能的淀粉基塑料,但其工艺复杂、生产周期长,限制了其产业化应用。
随着技术的不断发展,一些新型的淀粉基塑料制备技术也逐渐出现。
例如,利用生物类似物与淀粉分子之间的相互作用,构建淀粉-蛋白质复合材料。
这种方法通过调控蛋白质或多肽与淀粉的相互作用,实现淀粉的增韧和增强效果,提高塑料的机械性能和热稳定性。
另一种新型的淀粉基塑料制备技术是利用微生物发酵产生的聚羟基脂质(PHA)。
PHA是一类具有良好生物降解性能的生物塑料,其特点是具有较高的强度和热稳定性。
通过将淀粉与PHAs的合成菌株共同进行发酵,在一定的培养条件下,可以得到淀粉基塑料与PHAs相结合的复合材料。
这种方法不仅可以充分利用淀粉资源,还可以具备较好的塑料性能。
除了上述的制备方法外,还有一些技术可以用于改进淀粉基塑料的性能。
例如,利用纳米填料改性技术,将纳米颗粒添加到淀粉基塑料中,可以提高其屏障性能、力学性能和热稳定性。
生物降解塑料的研究及其对环境的影响

生物降解塑料的研究及其对环境的影响近年来,随着环保意识的提高,越来越多的人开始关注塑料垃圾对环境的危害。
而被称为“生物降解塑料”的新型材料,成为了一种备受瞩目的解决方案。
这种塑料不同于传统塑料,具有更好的生物降解性能和对环境的友好性,被认为是未来塑料行业的发展方向。
本文将探讨生物降解塑料的研究进展和对环境的影响。
一、什么是生物降解塑料生物降解塑料,是指能够接受自然界生物分解作用的塑料。
这种塑料的分子结构中含有天然高分子材料,使其能够在特定的条件下被自然环境中的微生物分解,最终转化为二氧化碳和水等天然环境中存在的化学物质。
与传统塑料相比,生物降解塑料的生产过程对环境污染较小,且物质本身在使用过程中也不会对生态环境造成危害。
二、生物降解塑料的研究进展生物降解塑料是近年来新兴的材料之一,其大约于20世纪90年代开始被广泛研究。
目前,国内外学者和企业都投入了大量的研究力量。
随着技术的不断进步,生物降解塑料的质量、性能和生产成本得到了较大的提升。
1. 生物降解塑料的种类生物降解塑料的种类繁多,根据合成物质的不同,有多种方式进行分类。
一般来说,生物降解塑料可根据原材料的来源分为:生物来源塑料、合成来源塑料、混合来源塑料三类。
其中,生物来源塑料又可分为:淀粉基生物降解塑料、聚乳酸生物降解塑料、聚酯类生物降解塑料、聚氨酯生物降解塑料、纤维素类生物降解塑料、泥炭类生物降解塑料、脲醛酚塑料等。
在这些类型中,淀粉基塑料和聚乳酸塑料的研究最为深入,应用也最为广泛。
2. 生物降解塑料的性质生物降解塑料与传统塑料相比,具有良好的生物降解性。
当它们投入到自然环境中时,受到微生物和其他生物体的分解,释放出二氧化碳和水等自然产物,最终不会对生态环境造成危害。
同时,生物降解塑料的生产过程对环境污染也较低,更加符合生态平衡的理念。
三、生物降解塑料对环境的影响生物降解塑料可以降低塑料污染,对保护环境产生积极影响。
但其对环境的影响实际上还包括以下几个方面:1. 生产对环境的影响生物降解塑料生产过程相对于传统塑料生产过程对环境污染较小。
生物降解塑料的新进展与应用

生物降解塑料的新进展与应用塑料制品在我们日常生活中有着广泛的应用,它们易于制造、耐用、轻便、灵活,并且形态多样,是现代化工和制造业不可或缺的材料之一。
但是,由于绝大部分塑料制品是由石油等非可再生资源制成的,并且难以降解,一旦进入环境中就难以分解,造成了严重的污染问题。
此外,它们还有可能释放出有害物质,对人体健康产生危害。
为了解决这些问题,研究人员一直在努力研发生物降解塑料,这种塑料具有与传统塑料相似的性能,但它可以在自然环境中被微生物降解,从而减少环境污染。
一、生物降解塑料的概念生物降解塑料是指通过生物加工作用而在自然环境中分解降解的塑料,它们一般是由可再生或可降解的天然高分子或合成高分子制成的。
生物降解塑料一般具有“可降解”、“可生物降解”、“可生物降解可降解”等特性,同时还要满足良好的物理和力学性能,如抗拉强度、韧性等。
生物降解塑料通常可以按照其来源分类,分为天然高分子生物降解塑料和合成高分子生物降解塑料两种。
天然高分子生物降解塑料是利用生物质资源制备的,具有良好的生物兼容性和可生物降解性。
常见的天然高分子生物降解塑料有淀粉类、纤维素类、蛋白质类等。
而合成高分子生物降解塑料则是通过化学合成得到的,通常是由可降解的合成单体合成而成,例如聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。
二、生物降解塑料的新进展随着技术的进步和人们对环境问题的重视,生物降解塑料的研究和应用也得到了快速发展。
目前,研究人员正在开展的一些新进展包括:1.改善降解速率在生物降解塑料的研究中,很多研究人员关注的一个问题就是如何改进降解速率。
有些生物降解塑料虽然能够被微生物降解,但是降解速率很慢,需要很长时间才能分解完全。
因此,研究人员正在探索各种方法来加速分解。
例如,一些研究人员通过改变生物材料的结构和组合,来增加生物降解体系中的微生物数量和代谢速率,从而提高生物降解塑料的降解速率。
此外,还有一些人采用物理学或化学法对生物降解塑料进行改性,提高其降解性能。
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淀粉精细化学品淀粉基生物降解塑料的应用研究进展班级:2010级高分子材料与工程(2)班姓名:郭艳艳学号:P102014327时间:2012-10-22淀粉基生物降解塑料的应用研究进展摘要:本文介绍了淀粉的结构和性能,淀粉基塑料的分类,阐述了其降解机理,重点综述了的生物降解材料的应用情况及研究进展概况,并在使用材料出现的问题的基础上提出淀粉基降解塑料的发展趋势。
关键词:淀粉基,降解塑料,生物降解以淀粉为原料的塑料是具有广泛应用前景的生物可降解材料,它具有来源丰富,价格低廉,可重复再生,易生物降解以及阻氧性能好等优点, 因此用该材料加工的产品不仅是传统一次性塑料制品的极好替代品,同时也是二十一世纪的新型绿色包装材料,将引发包装行业的一次绿色革命。
同时,淀粉基生物降解塑料可缓解普通塑料带来的“白色污染“问题,对于保护人类环境,促进人与自然的和谐统一,推动绿色“GDP”增长具有重要意义,符合国家可持续发展战略。
1 淀粉的结构及性能淀粉分子式为(C6H10O5)n,结构式:图1.1天然淀粉是以内部有结晶结构的小颗粒状态存在的,其分子结构有直链和支链两种。
对于不同的植物品种,其淀粉颗粒的形状,大小以及直链淀粉和支链淀粉含量的比例都各不同。
淀粉颗粒的粒径大都在15~ 100μm。
直链淀粉是由α-1,4葡萄糖苷键连接的线性葡聚糖聚合物,相对分子质量为(20~200)×104 ,而支链淀粉是由α-1,4 和α-1,6 糖苷键连接的具有分支结构的葡聚糖聚合物,相对分子质量为(100~400)×106。
天然淀粉分子间存在氢键,溶解性很差,亲水但并不易溶于水。
加热时没有熔融过程,300℃以上分解。
然而淀粉可以在一定条件下通过物理过程破坏氢键变成凝胶化淀粉或解体淀粉。
这种状态的淀粉结晶结构被破坏,分子变得无序化。
有两种途径可以使淀粉失去结晶性:一是使淀粉在含水>90%的条件下加热,至60-70℃时淀粉颗粒首先溶胀,而后达到90℃以上时淀粉颗粒消失而凝胶化。
二是在水含量<28%的条件下将淀粉在密封状态下加热,塑炼挤出。
这种淀粉和天然淀粉颗粒不同,加热可塑,称为热塑性淀粉,这种淀粉可制备淀粉塑料,同时实验研究表明,直链淀粉更适合制备塑料制品,且机械性能优良。
2 淀粉基塑料的分类2.1 填充型淀粉基塑料填充型淀粉塑料又称生物破坏性塑料,其制造工艺是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂,然后加工成型,此类产品淀粉含量都不是很高,淀粉含量不超过30%,这是因为淀粉和塑料树脂的极性相差较大,相互黏结性差,增加淀粉含量会造成拉伸强度和断裂伸长率的下降,为了增加淀粉含量一般对淀粉表面进行疏水改性或者加入界面增溶剂。
哈尔滨工业大学的陈建华[1]等以聚乙烯蜡为增溶剂在单螺杆挤出机上实现了低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及线性低密度聚乙烯(LLDPE)对淀粉的增溶共混过程,制备出具有良好实用性能的塑料地膜。
同时结果表明,聚乙烯蜡的加入可明显提高塑料膜的力学性能和生物降解性能。
2.2 光-生物双降解淀粉塑料光/生物降解塑料由淀粉、光敏剂、合成树脂及少量助剂制成,其中光敏剂主要是过渡金属的有机化合物或盐。
其降解机理是淀粉被生物降解,使可降解塑料原料高聚物母体变疏松,增大比表面积。
同时,日光、热、氧等引发光敏剂,导致高聚物断链,分子量下降。
兰州交通大学的刘再满[2]等研究了光敏剂对淀粉含量为35%的淀粉/ 聚乙烯薄膜光降解性能的影响,实验结果表明,硬脂酸铁和硬脂酸铈的光敏化作用相近且均优于二乙基二硫代氨基甲酸铁,而当光敏剂质量分数为0.2%~0.3%时制得的光/ 生物降解薄膜光降解性能较好;夏国宏等[3]通过对7 种型号的光/ 生物降解薄膜的研究后认为其具有较高的实用价值,可以代替普通农膜,消除由普通农膜带来的“白色污染”。
2.3 共混型淀粉塑料淀粉共混塑料是淀粉与合成树脂或其他天然高分子共混而成的淀粉塑料, 主要成分为淀粉( 30 %-60 %) , 少量的PE 的合成树脂, 乙烯/ 丙烯酸( EAA) 共聚物, 乙烯/ 乙烯醇( EVOH) 共聚物, 聚乙烯醇( PVA) , 纤维素, 木质素等, 其特点是淀粉含量高,部分产品可完全降解。
该类材料的研究工作有3方面:改性淀粉,聚合物改性,加入相容剂等。
2.3.1 改性淀粉由于分子间存在氢键,天然淀粉亲水性强,直接加热时没有熔融过程,高温易炭化。
这些性质严重影响了共混物性能。
对淀粉进行改性技术处理,改善其和聚合物的相容性;提高淀粉基薄膜的力学强度,是一个重要的研究内容。
目前,对于淀粉改性主要是酯化、羧化、醚化等。
如酯化淀粉,甲基化淀粉,醛化淀粉,羧化淀粉,氧化淀粉甲酰化淀粉等。
2.3.2 改性聚烯烃在反应惰性的聚乙烯分子中引入活性较强的基团以增加它与淀粉之间的相容性。
戴李宗[4]对此进行了研究,结果表明,在120 ℃的加工条件下,当有DCP(过氧化二异丙苯)存在下,顺丁烯二酸酐分子中的双键可以与聚乙烯分子链反应生成含有酸酐基团的化合物,产生了多组分聚合物的共混效果,使材料的拉伸强度和断裂伸张率增加。
2.3.3 加入相容剂淀粉、或无机填料与聚合物之间分子结构不同,二者难于形成均匀体系,一般需用“相容剂”。
孙艳侠[5]合成了丙烯酸十八酯-马来酸酐作为相容剂,以聚丙烯为基材,通过填充淀粉和碳酸钙并加入光敏剂,用机械熔融共混的方法制成可生物降解和光降解的复合物,对该材料的力学性能和耐老化性能进行了测定,结果表明,当淀粉和碳酸钙总质量分数不超过60%时,材料的性能达到预期的效果。
2.4 全淀粉型塑料将淀粉分子变构而无序化,形成具有热塑性的淀粉树脂,再加入极少量的增塑剂等助剂,就是所谓的全淀粉塑料。
国外已有全淀粉塑料产品, 日本住友商事会社、日本谷物淀粉公司、美国Novon International 公司、意大利Ferruzzi 公司和Novamont 公司等宣布已研制成功全淀粉降解塑料,淀粉含量为90%~100%,在1~12 月内完全生物降解而不留任何痕迹,无污染,可用于制造各种容器、薄膜和垃圾袋等。
但由于价格的原因,现阶段还只能用作高级化妆品和美国海军出海食品的容器。
国内江西科学院应用化学研究所的邱威扬[6][7]等制备了玉米含量为90%的热塑性淀粉塑料薄膜,成本远低于国外相同类型的产品,性能基本能达到同类应用传统塑料的性能标准,而且通过控制配方,可达到3 个月、半年及1 年的不同降解速率。
3 淀粉基降解塑料的应用研究3.1 淀粉的成型加工性能天然淀粉是刚性的颗粒结构,不具有热塑性能,难以进行成型加工。
但是可以通过对淀粉接枝改性或加入增塑剂的方法来削弱淀粉分子间氢键的作用,提高分子链的扩散能力,降低材料的玻璃化转变温度,以再分解前实现微晶淀粉的熔融,从而使淀粉具备热塑性加工的可能性。
现行常用的对淀粉进行增塑的方法主要有以下几种:增塑剂改性法增塑剂改性法是通过添加增塑剂使淀粉分子间原有的氢键破坏,从而降低淀粉的结晶性,使淀粉具有热塑性。
早在1995年就曾有人用甘油三酯为增塑剂, 对醋酸酯淀粉进行增塑, 与可生物降解的脂肪族聚酯共混挤出成膜, 得到性能良好的产品。
3.1.2 淀粉的接枝改性法淀粉分子上的自由基被其他基团取代,从而改变了淀粉的性能,使淀粉具有热塑性,如酯化淀粉、醚化淀粉等。
产生自由基的方法主要有化学引发、辐射引发和物理引发等,接枝共聚淀粉的性质取决于所用的单体和接枝百分率。
黄灵阁[8]等在氮气气氛下以硝酸铈铵作为引发剂将丙烯酸丁酯接枝到淀粉上, 使原淀粉的结晶结构受到了明显的破坏, 增强淀粉的可塑性。
3.2淀粉塑料的使用性能对淀粉进行增塑,目的是提高它的可加工性,但一种材料最具有价值的是它的使用性能,有了良好的使用性能,才具有良好的发展空间和市场前景。
科研人员尝试很多方法改善淀粉塑料的性能,主要包括改善淀粉塑料的耐水性和力学强度。
耐水性常用的改善淀粉耐水性的方法有以下几种: ①对淀粉涂层改性。
通过在淀粉塑料表面涂布难溶或不溶于水且具有完全生物降解性能的高聚物, 从而可以在保证材料完全生物降解性的同时, 明显改善其耐水性。
Fringan [9]t等将淀粉三醋酸酯在二氯甲烷中形成的溶液作为淀粉塑料的涂饰剂涂饰在制品表面, 从而达到了增强耐水性的目的②与其他可降解材料共混改性。
张美洁[10]等利用热塑性淀粉( TPS)与聚己内酯( PCL)熔融共混的方法, 制备完全生物降解塑料。
③交联改性。
交联的目的是减少淀粉中羟基的含量,即降低了亲水基团的浓度, 从而起到改善耐水性的效果。
Fernando [11]利用琥珀酸酐交联马铃薯淀粉, 从而改善淀粉的耐水性。
3.2.2 力学性能提高淀粉塑料的力学性能,从某种意义上等于提高了淀粉塑料与普通通用塑料的竞争力。
黄明福[12]等用蒙脱土对淀粉进行改性,用熔融挤出方法制备了甘油塑化热塑性淀粉与蒙脱土的复合材料,力学性能测试得出, 蒙脱土质量分数为0~ 30% 时, GTPS /MMT 复合材料的应力达27. 31MPa, 应变从85. 3% 下降到17. 8% , 杨氏模量达到206. 7MPa; 断裂能从1. 921 N# m 下降到1. 723 N# m; 扫描电子显微镜显示蒙脱土均匀分散在GTPS中,提高了材料的力学性能。
孙广平[13]与于昊[14]等对淀粉和聚丙撑碳酸酯直接通过共混,能有效地提高材料的力学性能。
研究发现, 当PPC 为200 g、玉米淀粉300 g、甘油12 g、尿素12 g、蓬灰1 g、马来酸酐5 g时, 得到的共混物的拉伸强度最好。
4 淀粉基降解塑料存在的问题4.1 降解性能现阶段大多淀粉塑料的降解速率太低,降解速度低于堆积速度。
同时由于产品配方及生产工艺等原因,产品降解速度的人为控制性不好。
4.2使用性能国内外的淀粉塑料的使用性能大多不如现行使用的普通塑料,主要表现在耐热性、耐水性及物理强度上,仅适用于制造一次性产品。
4.3价格现行淀粉基降解塑料的价格比普通塑料制品高3-8倍,尽管在现有的生物降解塑料种类中,全淀粉基塑料是最有希望与普通塑料价格持平的,但目前国内外的全淀粉基降解塑料的价格都较普通塑料高许多,推广使用受到限制。
5 结论白色污染日益严重,世界各国都在致力于可降解塑料的研究和开发,因成本和性能等多方面因素,可降解塑料在市场占有的份额还很小。
理想的降解塑料应该是原料来源广泛、价格低廉、性能优良且能摆脱对石油产品的依赖, 实现完全降解。
淀粉具有良好的高亲水性和生物降解性,成为制备降解材料的良好原料,以取代目前广泛使用的塑料制品,成为淀粉加工的最大课题,因此以下两种淀粉基降解塑料具有广阔的发展前景:1、淀粉与其他来源广泛的高分子共混的可完全降解材料。