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图解聚乳酸(374)聚乳酸改性之淀粉(2)热塑改性淀粉基生物降解塑料

(2022-03-16 09:14:34)
标签:

淀粉

聚乳酸

改性

分类: 图解聚乳酸

天然淀粉为天然的多羟基化合物,分子之间存在大量的氢键,这种分子间强的相互作用使其分解温度低于熔融温度,导致天然淀粉没有可加工性。

常见的淀粉基复合降解塑料将淀粉和合成高分子聚合物(如聚乙烯醇PVA、聚乳酸PLA等)、天然高分子聚合物(如植物纤维、淀粉颗粒、细菌纤维素、壳聚糖等)、其他添加材料(如黏土、石墨烯、滑石粉等)以及增塑剂共混复合,获得淀粉基复合降解塑料。 

在淀粉中加入小分子增塑剂经过高温、高压和剪切作用能够使淀粉具有可加工性能,使天然淀粉变成热塑性淀粉。

制作热塑性淀粉的常用方法是将淀粉、甘油和水充分混合分散,在一定温度下搅拌一定时间,获得凝胶状态的热塑性淀粉。进一步添加增强剂,对热塑性淀粉材料的性能进行改善。

为获得容易被生物降解、可取代石油衍生物的包装材料,研究者以不同植物来源的淀粉为原料,添加一定量的甘油,采用流延法制备了热塑性淀粉基薄膜。

热塑改性后的淀粉具有大的淀粉结构域、良好的热稳定性能和抗吸水性,但膜的刚度低。为改善对热塑性淀粉膜的性能,他们在热塑性淀粉基质中加入纤维素纳米粒子,获得的膜在刚性、热稳定性、耐湿性等方面均有所提高。

下表为不同方法改性的热塑性淀粉塑料及其应用情况的举例:

图解聚乳酸(374)聚乳酸改性之淀粉(2)热塑改性淀粉基生物降解塑料

利用甘油增塑改性玉米淀粉,然后将热塑改性淀粉和蜡质淀粉、纤维素纳米晶体复合,制备热塑性玉米淀粉基生物纳米复合材料。经复合后,材料的力学性能和透氧性提高,热稳定性降低。

从小麦秸秆中获取纳米纤维素, 将淀粉、甘油、纳米纤维素混合并持续加热搅拌, 获得黏稠的热塑性淀粉基复合物,并用流延法制作薄膜。相比于未复合纳米纤维素的薄膜,随着纳米纤维素含量的增加,复合薄膜的力学性能先增强后降低,这与纤维的团聚有关。

将工业玉米淀粉利用甘油热塑改性后,分别利用从剑麻、大麻中获得的纤维增强热塑玉米淀粉制备复合材料。发现剑麻和大麻纤维的掺入使热塑性玉米淀粉的玻璃化转变温度(Tg ) 升高,刚性增强,力学性能无显著改变。此外,向复合材料中添加天然乳胶,进行增塑改性,改性后复合材料的吸水性降低,材料的热稳定性和力学性能无明显影响。

D-山梨醇作为淀粉的塑化剂, 在加热剪切的条件下对淀粉进行塑化改性。加入纤维素纳米纤维(CNF)对热塑改性的淀粉进行增强改性,发现 CNF 可改善热塑性淀粉的力学性能和湿敏性。CNF在挤出过程中聚集,而螺杆挤出技术需要分散更均匀的复合物才能得到均匀的材料。

热塑改性的淀粉基生物降解塑料克服了天然淀粉不具加工性的缺陷,但制备的产品存在韧性差、 耐压不高、易碎,特别是遇水后产品易软化,使产品的使用性能受到影响。仍需进一步调整改进产品配方和工艺,使产品具有更好的使用性能。

 

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