淀粉塑料研究进展

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淀粉基塑料的可降解性能研究

淀粉基塑料的可降解性能研究

淀粉基塑料的可降解性能研究随着全球对环境保护意识的增强,传统塑料制品对环境带来的负面影响也越来越受到关注。

作为可替代的环保材料,淀粉基塑料因其良好的可降解性能而备受研究者的关注。

本文将重点讨论淀粉基塑料的可降解性能,并探讨其在环境中的分解机制及应用前景。

首先,淀粉基塑料的可降解性能是其最大的优势之一。

淀粉基塑料以淀粉为主要原料,添加适当的增塑剂、增强剂和降解剂进行配制,具有与传统塑料相似的物理性质。

与传统塑料不同的是,淀粉基塑料在受到外界刺激时,如光照、热、湿度等条件下,可以逐渐分解为碳水化合物和水,并最终进一步分解为二氧化碳和水。

其次,淀粉基塑料的可降解性能受多种因素的影响。

首先是淀粉的类型和含量,不同种类和含量的淀粉对塑料的降解速率有着明显的影响。

一般来说,淀粉的分子量越低、支链结构越多,降解速率就越快。

其次是降解剂的种类和使用量,降解剂的加入可以有效促进淀粉基塑料的降解过程。

最后是制备工艺和环境因素,如温度、湿度等,不同的制备工艺和环境条件会对降解速率产生影响。

淀粉基塑料在环境中的降解主要经历四个阶段。

首先是物理吸湿阶段,淀粉基塑料在湿度的作用下会吸湿膨胀,并开始失去原有的机械强度。

其次是生物降解阶段,湿度作用下,淀粉基塑料会吸收微生物,并通过微生物的作用下逐渐被分解。

第三阶段是溶解阶段,淀粉基塑料在湿度和微生物分解作用下开始溶解,最终形成溶液。

最后是碳氧化合物形成和无机物沉淀阶段,淀粉基塑料的主要降解产物为二氧化碳和水,无机物则通过溶液中的离子形成沉淀。

淀粉基塑料的可降解性能使其在一些特定领域具有广阔的应用前景。

首先,在食品包装领域,淀粉基塑料可以完全代替传统塑料包装,有效减少塑料对食品安全的影响。

其次,在农业领域,淀粉基塑料可以用来制作温室大棚薄膜、农膜等,降解后不会对土壤产生污染。

此外,在医疗器械、日用品等领域也有广泛应用的潜力。

然而,淀粉基塑料的可降解性能也存在一些挑战和局限性。

首先是降解速率相对较慢,与传统塑料相比,淀粉基塑料需要较长的时间才能完全降解。

全淀粉降解塑料的研究进展

全淀粉降解塑料的研究进展

全淀粉降解塑料的研究进展随着塑料产量的不断增长和用途的不断扩大,塑料带给人们便利的同时,也给环境带来大量的固体废弃物形成严重的白色污染,已成为世界性公害。

现行塑料制品的原料是不可再生资源———石油,而全世界的石油储量大约只能再用40多年。

发展非石油基聚合物,研制可在自然环境中降解的可再生资源代替石油生产塑料,已成为热门课题。

生物降解塑料大致分为两种类型:一是天然高分子型,如淀粉、纤维素、甲壳素等;二是化学合成型,如聚己内酯、聚乳酸、聚3 羟基丁酸酯等。

化学合成的降解塑料由于价格昂贵等原因限制了其发展。

在天然高分子中,淀粉来源丰富,取之不尽用之不竭。

淀粉在各种环境中均具有完全的生物降解性已被各国学者公认。

因此,淀粉降解塑料是生物降解塑料研究的重要方面。

1研究现状生物降解塑料是指在一定条件下,在能分泌酵素的微生物(如真菌、霉菌等)作用下可完全生物降解的高分子材料,可分为生物破坏性塑料(biodestructibleplastic)和完全生物降解塑料(biodegradableplastic)[1]。

我国20世纪80年代风行一时的淀粉填充塑料〔w(淀粉)=7%~30%〕,即属于生物破坏性塑料,它只能淀粉降解,其中的PE、PVC等不能降解,一直残留于土壤中,日积月累仍然会对环境造成污染,此类产品已属于淘汰型。

因此我国目前生产的此类淀粉基降解塑料大多是无意义的,真正有发展前途的是全淀粉塑料〔w(淀粉)≥90%〕,其中添加的少量增塑剂也是可以生物降解的。

这类塑料在使用后能完全生物降解,最后生成二氧化碳和水,不污染环境,是近年来国内外淀粉降解塑料研究的主要方向[2~4]。

全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子结构无序化,形成了具有热塑性的淀粉树脂,因此又称为热塑性淀粉塑料。

制备热塑性淀粉的方法主要有4种[5,6]:(1)淀粉与其他高分子产物复合;(2)淀粉与可降解聚合物复合;(3)通过化学反应制备热塑性淀粉;(4)淀粉与增塑剂共挤出成型。

淀粉基塑料在包装膜中的应用研究

淀粉基塑料在包装膜中的应用研究

淀粉基塑料在包装膜中的应用研究包装膜是一种常见的包装材料,被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。

传统的包装膜多数采用石油基塑料,如聚乙烯、聚丙烯等。

然而,随着环境污染问题的日益严重,石油基塑料的使用受到了严格限制。

因此,寻找一种可替代的环境友好型材料成为了迫切的需求。

淀粉基塑料作为一种生物基可降解材料,具有良好的生物相容性、可降解性和可再生性,成为了包装膜材料的研究热点。

本文将探讨淀粉基塑料在包装膜中的应用,并研究其性能、优势和挑战。

首先,来看淀粉基塑料在包装膜中的性能。

淀粉基塑料的制备一般通过粘合剂、塑化剂和固化剂等辅助材料的添加,以及加热和压缩等工艺。

在包装膜中,淀粉基塑料具有良好的柔韧性和可塑性,能够满足不同形状的包装需求。

同时,淀粉基塑料还具有出色的阻隔性能,能够有效防止氧气、水蒸气和异味的渗透,保持食品的新鲜和质量。

此外,淀粉还具有天然的抗菌和防腐特性,可以延长包装食品的保鲜期。

其次,淀粉基塑料在包装膜中的优势也值得关注。

首先,淀粉是一种可再生资源,可以通过植物的光合作用不断更新,相对于有限的石油资源,具有更可持续的特性。

其次,淀粉基塑料在使用过程中能够降解,最终转化为二氧化碳和水,不会对环境造成污染。

这与传统的石油基塑料形成了鲜明的对比,极大地减轻了环境负担。

此外,淀粉基塑料的生物相容性良好,不会产生有害物质,对人体健康无害,符合绿色环保的发展理念。

然而,淀粉基塑料在包装膜中也面临一些挑战。

首先,淀粉基塑料的热稳定性较差,易于熔融和变形,限制了它在高温环境下的应用。

其次,淀粉基塑料在湿度条件下的稳定性也较低,容易吸湿与分解,影响了包装膜的使用寿命。

此外,淀粉基塑料的机械强度相对较低,需要通过添加增强剂等措施来提高其抗拉伸、抗撕裂和耐久性。

此外,淀粉基塑料的成本相对较高,限制了其在大规模生产和应用中的推广。

针对淀粉基塑料在包装膜中的挑战,今后的研究方向可以集中在以下几个方面。

首先,通过改进淀粉基塑料材料结构和添加剂的选择,提高其热稳定性和湿度稳定性,以满足高温和湿度条件下的包装需求。

淀粉基塑料与食品包装安全性研究

淀粉基塑料与食品包装安全性研究

淀粉基塑料与食品包装安全性研究随着环保意识的增强,传统塑料制品对环境和人类健康造成的负面影响逐渐引起关注。

在这种情况下,淀粉基塑料作为一种生物降解替代品,受到了广泛的研究和应用。

然而,淀粉基塑料在食品包装领域的安全性引起了人们的关注。

本文将从淀粉基塑料制备、特性以及与食品包装的安全性进行综述研究。

一、淀粉基塑料制备淀粉基塑料是以淀粉为主要原料,通过添加塑化剂和增强剂进行加工制备而成。

淀粉可以来自多种植物,如玉米、马铃薯等,其具有广泛的可再生性。

塑化剂通常是低分子量的聚合物,如聚乙烯醇(PVA),用于增加淀粉的可塑性。

同时,为了提高淀粉基塑料的力学性能,可以添加增强剂,如纤维素、纳米颗粒等。

制备出的淀粉基塑料具有可降解性、可压缩性以及良好的加工性能。

二、淀粉基塑料特性1. 可降解性淀粉基塑料是生物降解塑料的一种。

与传统塑料相比,淀粉基塑料更易于分解和降解,降低对环境的污染。

在适当的条件下,淀粉基塑料可以在自然环境中降解成水和二氧化碳,并被微生物所利用。

这种特性使得淀粉基塑料成为一种可持续的塑料替代品。

2. 水溶性淀粉基塑料在接触水分后会发生水溶性增强,这是因为淀粉分子的水溶性导致的。

而传统塑料往往不能被水分分解,因此在处理和废弃时对环境造成较大的压力。

然而,水溶性也会导致淀粉基塑料在湿润环境中失去其结构和功能。

3. 力学性能淀粉基塑料的力学性能可以调控,可以通过添加增强剂和改变制备工艺来改善其力学性能。

然而,与传统塑料相比,淀粉基塑料的强度和耐热性较差。

这使得淀粉基塑料在某些应用领域上有限制。

三、食品包装安全性研究淀粉基塑料在食品包装领域的应用日益普遍,在确保食品安全的同时,也受到了更多的关注。

食品包装材料必须符合严格的安全标准,确保不会对食品品质和消费者健康造成损害。

因此,淀粉基塑料的安全性研究显得尤为重要。

1. 迁移性研究淀粉基塑料作为食品包装材料,其内部添加的塑化剂和增强剂可能会迁移到包装的食品中。

可降解塑料-淀粉塑料的研究与应用

可降解塑料-淀粉塑料的研究与应用

可降解塑料-淀粉塑料的研究与应用背景资料随着环境保护的呼声日益高涨以及塑料工业的不断发展,可降解塑料走进了人们的视线,并逐渐成为一类重要的高分子材料。

可降解塑料的意义所谓可降解塑料按其降解机理主要分为光降解塑料、生物降解塑料和光/生物双降解塑料。

而我们这里谈的淀粉塑料属于生物降解塑料。

即是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料。

淀粉塑料可以运用的可行性淀粉是刚性较强而又含有许多羟基基团的天然高分子,分子内又有许多羟基形成的氢键,它是由许多葡萄糖分子缩聚而成的高聚体,分子式为(C6H10O5)n,根据分子结构不同分为直链淀粉和支链淀粉两种。

直链淀粉可以溶解,聚合度约在100~6000之间,例如玉米淀粉的聚合度在200~1200之间,平均约800,而支链淀粉是不溶解的。

由于淀粉结构中含有大量羟基,因此,它的结晶度较大,一般玉米淀粉的结晶度可达39%,结晶度这样高的淀粉,其熔点不高,无法加工。

因此采用对淀粉进行接枝改性和引入各种增塑剂破坏淀粉的结晶度,使其具有可加工性。

淀粉塑料的研究当今世界对淀粉塑料的研究主要是对玉米-淀粉塑料的研究。

玉米淀粉是分布广泛、价格低廉的天然高分子化合物,是一种完全可生物降解的物质。

但淀粉单独制成的薄膜,质脆且遇水溶化,无实用价值,要制成有用的塑料制品,必须掺合其它物质。

经成型、加工满足需求的制品,生产的薄膜具有生物可降解性,用作农田覆盖而废弃后,即被土壤的微生物吞噬、分解、腐烂,在田地里自然损耗,不污染环境。

本研究使用的原料是玉米淀粉、乙烯一丙烯酸共聚物、氨水、尿素、水等。

其中玉米淀粉需用量占50%以上。

工艺路线为:1乙烯一丙烯酸共聚物的合成2配料3活性共混4螺旋式混料机混溶5挤压6吹塑。

淀粉塑料的应用,发展前景以及不足之处当前,世界上许多国家都在进行以“生物分解树脂”取代现有塑料包装的研究。

”玉米淀粉树脂”具有广阔的发展前景。

这种树脂是以玉米为原料,经过塑化而成。

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

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。

淀粉基塑料的研究进展

淀粉基塑料的研究进展

淀粉基塑料的研究进展程劲松#,吴雄杰#,陶强#,蒋年新2(1.安徽省包装印刷产品质量监督检验中心,安徽桐城231400;2.合肥工业大学化学与化工学院,合肥230009)摘要介绍了淀粉基生物降解塑料的分类、国内最新淀粉基塑料改性研究的现状以及淀粉质量分数测定的方法,指出了淀粉基塑料发展存在的问题以及今后的发展方向。

关键词淀粉基塑料;生物降解;改性中图分类号:TQ321文献标志码:A文章编号:1009-5993(2020)01-0009-04Research Progress of Starch-based PlasticsCheng Jinsong1,Wu Xiongjie1,Tao Qiang1#Jiang Nianxin2(1.Anhui Province Packaging and Printing Product Quality Supervision and Inspection Center,Tongcheng231400,Anhui Province,China;2.Schooi oV Chemistro and Chemicci Engineering,Hefei University of Technology,Hefai230009,China) Abstract:This paper mainly introduces the classilcation of starch-based biodegradable plastics,the lat­est research status of starch-based plastics modilcction in China and the method of determining starch content,points out the existing problems in the development of starch based plastics and the futuro de-velopmeni direction.Key words:starch-based plastics;biodegradation;o前言近年来,随着石油资源的日益枯竭和人们对环保问题的日益重视,传统的石油基合成塑料的优势慢慢下降,虽然这些塑料产品给人们带来生活的便捷,但是也造成了严重的环境污染。

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

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。

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得分:_______ 南京林业大学研究生课程论文2013 ~2014 学年第二学期课程号:73414课程名称:生态环境科学论文题目:热塑性淀粉材料的研究进展与应用学科专业:材料学学号:3130161姓名:王礼建任课教师:雷文二○一四年五月热塑性淀粉材料的研究进展与应用王礼建(南京林业大学理学院,江苏南京210037)摘要:淀粉与其他生物降解聚合物相比,具有来源广泛,价格低廉,易生物降解的优点因而在生物降解塑料领域中具有重要的地位。

本文介绍了淀粉的基本性质、塑化和塑化机理,以及增强体在热塑性淀粉中的应用现状和进展,并对市场应用现状和目前淀粉塑料存在的不足等方面进行了相关的分析。

关键字:淀粉塑料;塑化;增强;市场应用Research progress and application of thermoplastic starchmaterialsWANG Li-jian(College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China) Abstract: Starch has an important status in the biodegradable plastics’ area compared with other biodegradable polymer, because it has a lot of advantages such as a wide range of sources, low cost and easy to be broken down. In this thesis, introduces the basic properties of starch, plastic and plasticizing mechanism, as well as reinforcement application status and progress of the thermoplastic starch, and reinforcement application status and progress of the thermoplastic starch. Aspects of the application and the current status of the market and the presence of starch plastics were insufficient correlation analysis.Key words: Starch plastics; plasticizers; enhanced; market applications1 淀粉的基本性质淀粉以葡萄糖为结构单元,分子链呈顺式结构,一般分为直链淀粉和支链淀粉两种。

直链淀粉是以α-1,4-糖苷键连接D-吡喃葡萄糖单元所形成的直链高分子化合物,而支链淀粉是在淀粉链上以α-1,6-糖苷键连接侧链结构的高分子化合物,分子量通常要比直链淀粉的大很多。

通常玉米淀粉中直链淀粉占28%,分子量大约为(0.3~3×106),占72%的支链淀粉分子量则可以达到数亿[1-2]。

淀粉是一种多羟基化合物,每个葡萄糖单元上均含有三个羟基。

分子链通过羟基相互作用形成分子间和分子内氢键,因此淀粉具有很强的吸水性。

淀粉与水分子相互结合,从而形成颗粒状结构,因此淀粉具有亲水性,但不溶于水,从而大量存在于植物体中。

淀粉是一种高度结晶化合物,分子间的氢键作用力很强,淀粉的糖苷键在150℃时则开始发生断裂,因此其熔融温度要高于分解温度。

2 热塑性淀粉的塑化2.1 热塑性淀粉的塑化机理淀粉分子含大量羟基,分子间及分子内部氧键作用很强,对其直接加热,升至理论熔融温度之前,淀粉便开始分解,即淀粉颗粒内的平衡水因升温会而丢失,导致淀粉的分解(通常天然淀粉水分含量约为9%~12%)。

淀粉的热塑性增塑就是使淀粉分子结构无序化,形成具有热塑性能的淀粉树脂。

其机理就是在热力场、外力场和增塑剂的作用下,淀粉分子间和分子内氢键被增塑剂与淀粉之间较强的氢键作用所取代,淀粉分子活动能力得到提高,玻璃化转变温度降低。

增塑剂的加入破坏了淀粉原有的结晶结构,使分子结构无序化,实现由晶态向非晶态的转变,从而使淀粉在分解前实现熔融,淀粉表现出热塑性[3]。

2.2 热塑性淀粉的塑化剂塑化剂的作用是降低材料的熔体黏度,玻璃化转变温度及产品的弹性模量,但不改变被增塑材料基本的化学性质。

被塑化的淀粉颗粒状结构变小(球晶尺寸变小)甚至消失,球晶结构受到破坏,只剩少数片晶分散于非晶态连续相中。

同时,淀粉分子间和分子内的氧键作用被削弱破坏,分子链扩展力提高。

淀粉在塑化过程中伴随有二级相变过程一玻璃化相变,淀粉的玻璃化转变温度降低,在分解前可实现微晶熔融,长链分子开始运动,分子间产生相对滑动,并由双螺旋构象变为无规线团构象,聚合物变得有粘性,柔韧,从而使淀粉具有热塑加工的可能性。

热塑性淀粉常用的塑化剂有:水,多元醇(丙三醇,乙二醇,丙二醇,山梨醇等),酰胺类(尿素,甲酰胺,乙酰胺等),高分子类(聚乙烯醇,聚乙二醇等)。

(1)水水是淀粉加工中最常用的塑化剂。

由于水的存在,使淀粉颗粒在加工过程中发生一系列不可逆转转变,通常将这些变化称为凝胶化或糊化。

此时可观察到淀粉颗粒发生吸水,膨胀,无定形化,双折射等现象[4],使淀粉在高温高剪切条件下转变成热塑性淀粉。

Biliaderis [5]发现,淀粉的溶融温度依赖于水分的含量。

一方面,水分的含量要能在淀粉降解前对结晶产生足够的破坏,另一方面,水分也不能过多,以免造成熔体粘度低和材料的低模量。

另外,水分过低,加工过程中发生热降解,离模膨胀加剧。

熊汉国[6-7]以水,丙三醇等小分子为塑化剂,发现塑化淀粉的结晶峰数急剧减少,说明淀粉结晶区被塑化剂破坏,淀粉中无定形成分增加,淀粉转变为具有热塑性的高分子材料。

他认为水是淀粉最有效的塑化剂,其用量达淀粉质量的15wt%。

而Mwootton和A.C.Eliasson认为:使小麦淀粉凝胶化的最小水分含量为33%左右[8]。

但是Loercks[9]认为,热塑性淀粉挤出过程中,若淀粉中水的质量分数≥5%,生成的是解体淀粉而非热塑性淀粉,解体淀粉的结构未完全破坏,材料变脆且无可伸缩性,不能用于制备降解塑料。

Loerkcks以疏水性可生物降解聚合物(脂肪族,脂肪族聚醋与芳香族聚酷等)作塑化剂加入淀粉溶体,均勻混合并制成淀粉母料,发现疏水性可生物降解聚合物作为增塑剂,可避免在热塑性淀粉溶体中有可迁移,使淀粉在溶融-塑炼过程中形成热塑性淀粉而非解体淀粉。

他同时指出,天然淀粉转变为热塑性淀粉有两个关键因素:1.原淀粉与塑化剂混合时,需将原淀粉溶点降至制止淀粉分解温度以下;2.淀粉应充分干燥,以抑制解体淀粉的形成。

尽管水对于生成热塑性淀粉所起到的塑化作用还需进一步研究,但根据GBT/2035-1996中热塑性塑料的定义:在塑料整个特征温度范围内,能够反复加热软化和反复冷却硬化,且在软化状态采用模塑,挤塑或二次成型,通过流动能反复模塑为制品的塑料,称为热塑性塑料。

所以在这里仍可把淀粉中水的质量分数≥5%时制备的材料称为热塑性淀粉。

(2)多元醇水作塑化剂时对温度控制要求较高,而小分子量的多元醇同样可以替代水的作用,所以人们通常用沸点更高的多元醇作为淀粉塑化剂。

王佩章[10]对淀粉热塑机理进行了研究,分别使用甘油,乙二醇,聚乙烯醇,山梨醇四种增塑剂制备热塑性淀粉。

他认为釆用适当含羟基的高分子量增塑剂和低分子量增塑剂混合增塑,利于提高制品的力学性能。

在对于玉米淀粉,木薯淀粉以及可溶性淀粉三种淀粉的塑化研究中发现,直链淀粉比支链淀粉更易塑化及与树脂混合。

于九皋[11]用单螺杆挤出机制备了淀粉与多元醇混合物,并研究了其力学性能和流变性能,发现随多元醇的分子量增大及经基数的增加,其塑化能力下降。

小分子量的乙二醇和丙三醇比分子量略大的木糖醇和甘露醇分子更易运动,因此可更有效地渗入淀粉分子链间,对淀粉分子间氧键作用破坏更大。

而大分子的木糖醇和甘露醇,由于每个分子所含经基数太多,虽与淀粉分子间作用力也较强,但渗透作用远不如乙二醇和丙三醇。

通过计算共混物的粘流活化能△Eη辨别分子链柔性大小,发现木糖醇共混物的△Eη=225.1kg/mo1,两三醇共混物的△Eη=122.5kg/mol,后者分子链的刚性明显小于前者。

3 热塑性淀粉的增强热塑性淀粉材料耐水和力学性能的不足,限制了应用范围,近年来研究表明,加人增强体形成热塑性淀粉复合材料,其耐水和力学性能可得到很好的改善。

增强体为复合材料中承受载荷的组分[12]。

目前,用于增强热塑性淀粉的增强体主要有有机纤维和无机矿物两大类材料。

3.1 有机纤维增强热塑性淀粉有机纤维密度小、比强度高、韧性好,是理想的增强材料[13],主要包括天然纤维和合成纤维。

3.1.1 天然纤维天然纤维的结构比较复杂,一般主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶四种高分子聚合物组成。

纤维的机械性能取决于纤维含量和微纤丝角。

当纤维作为强化剂时,我们希望纤维中纤维素含量较高,微纤丝角较小。

纤维的品质和其他特性还有纤维的生长条件、纤维的大小、成熟度及纤维的提前方法有关。

天然纤维在自然环境中容易吸潮,其缺点就是在含水量高时的耐久性和形状稳定性较差。

马晓飞等[14]在尿素/甲酰胺混合体系(增塑剂:玉米淀粉质量比为3:10)的UFTPS中加入微棉绒纤维(长度大约12mm),一步挤出成型。

微棉绒纤维的加入可以有效提高UFTPS的力学性能、耐水性和热稳定性。

纤维质量分数从0%增加到20%时,拉伸强度提高了3倍,达到15.16 MPa,而断裂伸长率则从105%降到了19%。

另外实验还指出,纤维含量在15%以下,样品具有很好的加工性能。

Romhany等[15-16]采用跨层级亚麻纤维(平均纤维直径在68μm)增强TPS,研究其拉伸断裂行为,使用的含量分别为20%、40%、60%,在亚麻纤维为40%之前,随纤维含量增加,复合材料的拉伸性能是提高的,当亚麻纤维含量为40%时,拉伸强度是纯TPS的3倍。

用声发射的方法研究样品内部缺陷成长和断裂行为,指出主要由亚麻纤维的含量和排列方式决定。

3.1.2 合成纤维目前,用合成纤维来增强热塑性淀粉的例子比较少,这主要是因为多数合成纤维降解性能差,而热塑性淀粉本身是要取代传统石油塑料的应用,减少污染。

Jiang等[17]采用原位聚合法将聚乳酸(PLA)纤维化后来增强热塑性淀粉,得到的复合材料耐水性能和力学性能均有很大提高,且PLA为可降解材料,被认为是具有很强的经济竞争力的高效复合材料。

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