全淀粉塑料

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全淀粉塑料[1]  主要是指热塑性淀粉。热塑性淀粉是在20世纪末期,国际可降解材料领域提出的全淀粉概念的基础上发展起来的。在全淀粉塑料中,不添加传统的石油基塑料,淀粉为主料,淀粉含量高,其他的添加组分都可以降解。
中文名
全淀粉塑料
主要是指
热塑性淀粉
时    间
在20世纪末期
主    料
淀粉

目录

全淀粉塑料简介

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热塑性淀粉也称为“无构淀粉”,通过一定的方法使淀粉结构无序化,使之具有热塑性。淀粉分子为多糖分子结构,含有大量羟基,由于其分子间及分子内氢键的作用,使其熔融的温度较高,而其分解温度要低于其熔融温度,因此在热加工时,淀粉分子未熔化而先分解。传统塑料机械加工方法多采用热加工成型,因此要制得淀粉基全淀粉塑料需要使天然淀粉具有热塑性。这种热塑性可以通过改变淀粉分子内部结晶结构实现。破坏分子内及分子间氢键,打乱淀粉分子双螺旋结晶结构,这样会使淀粉熔融温度降低,使其具有热塑性。

全淀粉塑料工艺

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热塑性淀粉的制备工艺多采用挤出、注射和模压等,使用的增塑剂一般为水、甘油等。荷兰乌德勒支大学van Soest以水为增塑剂对热塑性淀粉的力学性能进行了研究,水的添加量应该在5%一15%之间,低于5%时,材料非常脆,无法进行测定,而添加量大约15%时,材料变得比较软,成型较难,含水量在5%一7%时,材料性能与脆性材料相似,观察不到屈服点。英国曼彻斯特大学Stepto等用水作为增塑剂对马铃薯淀粉进行改性,并对其力学性能进行了分析。他们增塑剂的添加量选取了9.5%、10.8%、13.5%三个水平。通过分析应力一应变曲线可知,试样的起始模量与HDPE, PP接近,为1.5MPa;试样的屈服强度与增塑剂含量成反比,含水9.5%时的试样屈服强度为68 N/mm2,当含水量增加到13.5%时,其屈服强度降为42 N/mm2。荷兰格罗宁根大学Robbert等以甘油作为增塑剂对多种不同淀粉进行了分析。淀粉的玻态转化温度(Tg)对试样的力学性能也有影响。Tg低,实验的拉伸强度、模量、断裂伸长率和冲击强度等增加,而直链淀粉含量高的淀粉中Tg比较低。所以淀粉中直链淀粉含量越高,淀粉产品越柔软。经Robbert实验测定,含25%增塑剂的蜡质玉米的拉伸强度接近10 MPa,断裂伸长率110%,是选用淀粉中综合性能最好的。北京大学与日本原子能研究所的Yosbii等研究了用电子束辐照用甘油和聚乙二醇作为增塑剂的淀粉基塑料。成功制得了淀粉基薄膜,并发现辐照可以使各组分分子发生化学反应,形成完整网络结构,增强薄膜的拉伸性能。
由以上的研究可知,可以对淀粉进行改性,得到热塑性淀粉,并通过改变加工方法、增塑剂种类等手段改善热塑性淀粉的性能。
由于热塑性淀粉具有机械性能差、吸水性强等缺点,研究者开始考虑用纤维作为强化剂,添加到热塑性淀粉基体中,改善材料的性能。天然纤维与淀粉同为多糖分子结构,将纤维与热塑性淀粉共混,能得到较好的强化效果。
巴西圣卡罗斯化学研究所Curvelo等用巨尾按纤维作为强化剂来改善热塑性淀粉的机械性能。强化型热塑性淀粉与未强化型热塑性淀粉相比,拉伸强度增加了100%,弹性模量增加了50%。并且得出材料的吸水性随着纤维含量的增加而减少的结论。
匈牙利布达佩斯大学Gaspar等在用甘油作为增塑剂的热塑性玉米淀粉中加入了纤维素、半纤维素和玉米蛋白,研究发现,半纤维素和玉米蛋白强化型热塑性淀粉的机械强度较好(10. 4 MP和11. 5 MPa)。巴西研究者Guimaraes等对甘蔗纤维和香蕉纤维对热塑性淀粉的强化作用进行了对比。发现强化后的试样拉伸性能明显增强,甘蔗纤维与热塑性淀粉的表面结合性要比香蕉纤维好。
泰国拉卡邦先皇技术学院Prachayawarakorn等对棉纤维强化的热塑性大米淀粉进行了研究,发现在加人棉纤维后材料的拉伸性能增加、吸水性下降。通过对比发现,在加人相同含量(10%)的棉纤维或低密度聚乙烯时,加入棉纤维的试样机械性能、热稳定性、吸水性和生物降解性等指标均较优。
法国鲁昂大学Sreekumar等研究了剑麻纤维对热塑性小麦粉的影响,发现剑麻纤维可以增强热塑性小麦粉的拉伸性能,但是其流动性会下降。
参考资料
词条标签:
食品 生活