淀粉基生物降解塑料的應(yīng)用研究進(jìn)展

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1、淀粉精細(xì)化學(xué)品淀粉基生物降解塑料的應(yīng)用研究進(jìn)展班級(jí)：2010級(jí)高分子材料與工程（2）班姓名：郭艷艷學(xué)號(hào)：P102014327時(shí)間：2012-10-22淀粉基生物降解塑料的應(yīng)用研究進(jìn)展摘要：本文介紹了淀粉的結(jié)構(gòu)和性能，淀粉基塑料的分類，闡述了其降解機(jī)理，重點(diǎn)綜述了的生物降解材料的應(yīng)用情況及研究進(jìn)展概況，并在使用材料出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上提出淀粉基降解塑料的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：淀粉基，降解塑料，生物降解以淀粉為原料的塑料是具有廣泛應(yīng)用前景的生物可降解材料,它具有來源豐富,價(jià)格低廉,可重復(fù)再生,易生物降解以及阻氧性能好等優(yōu)點(diǎn),因此用該材料加

2、工的產(chǎn)品不僅是傳統(tǒng)一次性塑料制品的極好替代品,同時(shí)也是二十一世紀(jì)的新型綠色包裝材料,將引發(fā)包裝行業(yè)的一次綠色革命。同時(shí),淀粉基生物降解塑料可緩解普通塑料帶來的“白色污染“問題,對(duì)于保護(hù)人類環(huán)境,促進(jìn)人與自然的和諧統(tǒng)一,推動(dòng)綠色“GDP”增長具有重要意義,符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。1淀粉的結(jié)構(gòu)及性能淀粉分子式為(C6H10O5)n，結(jié)構(gòu)式:圖1.1天然淀粉是以內(nèi)部有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的小顆粒狀態(tài)存在的，其分子結(jié)構(gòu)有直鏈和支鏈兩種。對(duì)于不同的植物品種，其淀粉顆粒的形狀，大小以及直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的比例都各不同。淀粉顆粒的粒徑大都在15~10

3、0μm。直鏈淀粉是由α-1，4葡萄糖苷鍵連接的線性葡聚糖聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量為(20～200)×104，而支鏈淀粉是由α-1，4和α-1，6糖苷鍵連接的具有分支結(jié)構(gòu)的葡聚糖聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量為(100～400)×106。天然淀粉分子間存在氫鍵，溶解性很差，親水但并不易溶于水。加熱時(shí)沒有熔融過程，300℃以上分解。然而淀粉可以在一定條件下通過物理過程破壞氫鍵變成凝膠化淀粉或解體淀粉。這種狀態(tài)的淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，分子變得無序化。有兩種途徑可以使淀粉失去結(jié)晶性：一是使淀粉在含水＞90%的條件下加熱，至60-70℃時(shí)淀粉顆粒首先溶脹

4、，而后達(dá)到90℃以上時(shí)淀粉顆粒消失而凝膠化。二是在水含量＜28%的條件下將淀粉在密封狀態(tài)下加熱，塑煉擠出。這種淀粉和天然淀粉顆粒不同，加熱可塑，稱為熱塑性淀粉，這種淀粉可制備淀粉塑料，同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究表明，直鏈淀粉更適合制備塑料制品，且機(jī)械性能優(yōu)良。2淀粉基塑料的分類2.1填充型淀粉基塑料填充型淀粉塑料又稱生物破壞性塑料，其制造工藝是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加劑，然后加工成型，此類產(chǎn)品淀粉含量都不是很高，淀粉含量不超過30%，這是因?yàn)榈矸酆退芰蠘渲臉O性相差較大,相互黏結(jié)性差，增加淀粉含量會(huì)造成拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的

5、下降，為了增加淀粉含量一般對(duì)淀粉表面進(jìn)行疏水改性或者加入界面增溶劑。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳建華[1]等以聚乙烯蠟為增溶劑在單螺桿擠出機(jī)上實(shí)現(xiàn)了低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及線性低密度聚乙烯(LLDPE)對(duì)淀粉的增溶共混過程,制備出具有良好實(shí)用性能的塑料地膜。同時(shí)結(jié)果表明，聚乙烯蠟的加入可明顯提高塑料膜的力學(xué)性能和生物降解性能。2.2光-生物雙降解淀粉塑料光/生物降解塑料由淀粉、光敏劑、合成樹脂及少量助劑制成，其中光敏劑主要是過渡金屬的有機(jī)化合物或鹽。其降解機(jī)理是淀粉被生物降解，使可降解塑料原料高聚物母體變疏松，

6、增大比表面積。同時(shí)，日光、熱、氧等引發(fā)光敏劑，導(dǎo)致高聚物斷鏈，分子量下降。蘭州交通大學(xué)的劉再滿[2]等研究了光敏劑對(duì)淀粉含量為35%的淀粉/聚乙烯薄膜光降解性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硬脂酸鐵和硬脂酸鈰的光敏化作用相近且均優(yōu)于二乙基二硫代氨基甲酸鐵，而當(dāng)光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.3%時(shí)制得的光/生物降解薄膜光降解性能較好；夏國宏等[3]通過對(duì)7種型號(hào)的光/生物降解薄膜的研究后認(rèn)為其具有較高的實(shí)用價(jià)值，可以代替普通農(nóng)膜，消除由普通農(nóng)膜帶來的“白色污染”。2.3共混型淀粉塑料淀粉共混塑料是淀粉與合成樹脂或其他天然高分子共混而成的淀

7、粉塑料,主要成分為淀粉(30%-60%),少量的PE的合成樹脂,乙烯/丙烯酸(EAA)共聚物,乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物,聚乙烯醇(PVA),纖維素,木質(zhì)素等,其特點(diǎn)是淀粉含量高，部分產(chǎn)品可完全降解。該類材料的研究工作有3方面：改性淀粉，聚合物改性，加入相容劑等。2.3.1改性淀粉由于分子間存在氫鍵，天然淀粉親水性強(qiáng)，直接加熱時(shí)沒有熔融過程，高溫易炭化。這些性質(zhì)嚴(yán)重影響了共混物性能。對(duì)淀粉進(jìn)行改性技術(shù)處理，改善其和聚合物的相容性；提高淀粉基薄膜的力學(xué)強(qiáng)度，是一個(gè)重要的研究內(nèi)容。目前，對(duì)于淀粉改性主要是酯化、羧化、醚化等。如酯

8、化淀粉，甲基化淀粉，醛化淀粉，羧化淀粉，氧化淀粉甲?；矸鄣?。2.3.2改性聚烯烴在反應(yīng)惰性的聚乙烯分子中引入活性較強(qiáng)的基團(tuán)以增加它與淀粉之間的相容性。戴李宗[4]對(duì)此進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在120℃的加工條件下，當(dāng)有DCP（過氧化二異丙苯）存在下，順丁烯二酸酐