淀粉基生物泡沫的制备及其热性能研究文献综述

 2022-07-25 01:07

泡沫材料作为塑料的一大类广泛的运用于生活中,传统的泡沫材料制品大多比如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫材料都难以降解。消耗了有限的石油能源的同时也对我们的环境造成污染。为了缓解这类问题,开发可降解泡沫材料势在必行。淀粉是一种来源丰富,价格低廉并且可以完全自然分解的可再生资源,并且具有良好的发泡性能。因此,利用淀粉制作泡沫材料不仅可以缓解石油资源的使用,也可以解决可降解的问题。所以,近年来淀粉基泡沫材料成为热门的研究课题。

淀粉基生物降解泡沫成型方法

1 挤出发泡

20世纪 80年代末 ,人们开始利用挤出发泡成型工艺制备淀粉基泡沫塑料 ,以代替聚苯乙烯(Ps)作松散填充物。其中加工条件 、淀粉组成、发泡剂、含水量等对淀粉在挤出机中的发泡行为有很大影响。R.Chinnaswamy等[1] 指出几乎所有的最大膨胀都出现在直链淀粉质量分数为 50%的淀粉中。J.Y.Cha等 发现淀粉基泡沫塑料的性能与发泡时淀粉的含水量及挤出条件有很大关系。V.D.Miladinov等[2]用乙酞化淀粉为原料制备泡沫塑料时发现,成型温度为 120~C时比 160℃ 时所得制 品的弹性 和吸水性 指数低 ,而压缩 强度 和密度则较大。V.D.Miladinov等[3] 还发现以乙醇为塑化剂和发泡剂挤出发泡乙酞化淀粉时 ,所得制品的密度较低,弹性指数较高。B.Sandeep等[4] 以淀粉与 Ps及聚甲基丙烯酸 甲酯共混挤 出制得松 散填充 物。结 果发 现 ,除 密度外 ,填充物的性能与商业化的同类产品相似。G.M.Ganjyal等[5] 将玉米茎纤 维素填充 到经 乙酰化而具有热塑性质的玉米淀粉中挤 出发泡 ,发现纤 维素在低含量时能显著提高泡沫塑料的物理性能 ,但当纤维素质量分数超过 10%时,泡沫塑料的发泡倍率开始降低 ,密度增加。GuanJunjie等[6] 用双螺杆挤出机挤出淀粉和乙酸淀粉共混物制得了具有高发泡倍率、高可压缩性和低吸水性等特性的发泡材 料。QiFang等[7] 发现聚乳酸 (PLA)的加入明显提高了规整淀粉(含 25%直链淀粉)和蜡质淀粉挤出发泡产品的物理力学性能。增加 PLA的含量 ,泡沫的发泡倍率和弹性指数增加,其密度和可压缩性降低,但对水溶性没有影响。QiFang等 还利用取代度为 1.78的 乙酸淀 粉和 聚 四亚 甲基 一己二酸 一对苯二酸酯(EBC)挤出得到可生物降解的泡沫塑料,利用红外光谱分析、差示扫描量热分析和扫描电子显微镜表征泡沫的化学结构、热性能及微孔结构。结果表明,EBC含量较低时两种组分具有较强的可混合性,并且具有较高的发泡倍率、弹性指数,较低的密度及可压缩性。EBC含量的增加能降低泡沫塑料的生物降解性。

2 烘培发泡

淀粉的烘焙发泡成型工艺是指将淀粉与发泡剂及其它助剂的混合物在烘焙模型中加热发泡的成型方法。此过程一 般需加入硬脂酸 、瓜尔胶等脱模剂 ,使制品易于脱模。同样,淀粉的组成及加工条件对淀粉烘培发泡成型也有很大影响 。J.W.Lawton等 认 为高直链 淀粉具 有最短 的烘焙 时间并能制得密度相对 较低的泡沫塑料 。P.Dujdao等[8]将淀粉与聚己内酯(PCL)共混物通过烘焙发泡制得共混物泡沫。PCL的加入增加了泡沫的拉伸强度、断裂伸长率、抗吸水性及生物降解性。P.Dujdao等[9]还研究了淀粉/PLA混合 物与 相关 添IIII的烘 培发 泡 条件 ,认为相对湿度、保存时间、PLA含量及增塑剂的种类和含量对所制得的泡沫的吸水性 、力学性能和酶降解性都有很大的影响 。用纯淀 粉生产 的泡 沫塑料 具有 易脆 和低力学 性能 的特点。J.Shey等[10]利用烘焙 发泡 工艺生产 出纤维增 强的谷物和块茎淀粉低密度泡沫塑料 ,具有和商 业用食 品容器一 样 的弯曲性能。N.Soykeabkaew等[11]认为 5% ~10%的黄麻或亚麻纤维素的加入均能显著提高淀粉基烘培发泡泡沫塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量。研究表明,淀粉基泡沫塑料力学性能的大幅度提高主要归功于纤维和淀粉的强相互作用。R.L.Shogren等[12]的研究表明,添加 5% ~10%的纤维就能制备较高强度的泡沫塑料 ,尤其在湿度较高及温度较低时。另外,随着纤维用量增大,烘焙时间增加使得泄沫塑料 的粘度及耐膨胀率增大。

淀粉基泡沫性能研究

1天然淀粉泡沫塑料

天然淀粉包括玉米淀粉,土豆淀粉,小麦淀粉,蜡质玉米淀粉,高度支化土豆淀粉 , 木薯淀粉以及西米淀粉等[13,14]。一般呈粒状 , 含有不同比例的直链和支链结构。 普通淀粉泡沫塑料大都是开孔结构, 泡孔均匀性差, 较脆; 而高直链淀粉泡沫塑料则形成闭孔结构, 泡孔小而且比较均匀, 压缩强度较普通淀粉泡沫塑料小,脆性明显降低 。

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