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 starch
materials
WANG 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 applications
1 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。
3.2 无机矿物材料增强热塑性淀粉
无机矿物材料由于共价键结合力强，具有质坚硬，抗压强度高，耐热性好，熔点较高等优点，且化学稳定性较强[18]，在热塑性淀粉中加入无机矿物材料来
增强体系的力学性能和耐水性已被广泛研究。Huang等[19]使用乙醇胺改性和柠檬酸活化的蒙脱土来增强甲酰胺/乙醇胺混合增塑剂增塑的FETPS，制备纳米复合材料，从X射线衍射(WAXD)可以看到，蒙脱土改性后层间距离由1.0lnm增加到了2.08 nm，FETPS可以很好地分布在层间。当改性后的蒙脱土含量为5％时，该纳米复合材料的拉伸应力达到7.5MPa，拉伸应变为85.2％，而纯的FETPS的这两项值分别为5.6MPa和95.6％。同样的改性MMT也用来增强尿素/乙醇胺混合增塑剂增塑的UETPS[20]，效果类似。Schmitt等[21]用未改性埃洛石纳米管(HNT)和苯扎氯铵改性的埃洛石纳米管(MHNT)来增强热塑性小麦淀粉TPWS，埃洛石纳米管具有100—120 nm的外径和60～80nm的内径，长度平均在500—1200 nm。埃洛石纳米管的加入轻微地增强了ST的热性能，分解温度移向高温。不管是改性或未改性的埃洛石纳米管，添加后，拉伸性能显著增强，同时还不破坏纳米复合材料的延展性。
3.3 其他增强材料
其他增强材料有粉煤灰[22]、羧酸盐多壁碳纳米管[23]、纳米SiO2[24]、海藻酸钠[25]、壳质素[26]等均可使热塑性淀粉材料的力学性能和耐水性能得到改善。
粉煤灰是燃烧煤粉的副产品，却也可以用来增强热塑性淀粉，对于甘油增塑的GTPS而言，粉煤灰能使其拉伸强度从4.55 MPa增加到12.86 MPa，同时杨氏模量增加6倍。当含量超过20％时，效果开始下降。羧酸盐多壁碳纳米管的添加量在1.5％以下时，具有较好的增强效果，且该体系具有一定的导电性能；当含量超过1.5％时，易发生团聚，甘油在一定程度上可以抑制团聚，但效果有限。纳米SiO2，的加入可以和淀粉形成很好的相互作用，用酶分解淀粉，纳米SiO2/TPS 体系有效减缓了淀粉的分解的速度，同时分解程度也得到减小。1％的海藻酸钠加入可以降低挤出机的加工温度，明显提高TPS的杨氏模量，体系的力学性能主要由海藻酸钠的含水量决定。0.1％-10％的壳质素添加可有效提高复合材料的拉伸性能和耐水性，这是由于壳质素的刚性和相对淀粉的低亲水性。
4 市场应用现状
近年来，国内外生物降解塑料蓬勃发展，逐渐呈现出取代传统塑料的趋势。淀粉基生物降解塑料广泛应用于人们生产生活的各个方面，如包装材料，农用地膜等。目前欧美国家已经建立起了万吨级的生产线。意大利Novanmont公司是世
界最先开发淀粉基生物降解塑料的国家，其中淀粉/聚乙烯醇、淀粉/聚己内酯生物降解塑料已有多年历史，主要用途为包装材料，堆肥袋，卫生用品，一次性餐具，农用地膜等，市场规模从2001年的24kt增长到2003年的120kt。美国Warner-Lambert公司生产的商品名为“Noven”的生物降解材料，以糊化淀粉为主要原料，添加少量可生物降解的添加剂如聚乙烯醇，经螺杆挤出机加工而成的热塑性淀粉复合材料，淀粉含量达90%以上，并具有较好的力学性能。美国Air Product & Chemical 公司开发了“Vinex”品牌，它是以聚合度较低的聚乙烯醇与淀粉共混，具有水溶性、热塑性和生物降解性，近年来受到了极大的重视。日本合成化学工业公司也开发出商品名为“Ecomate AX”的具有热塑性、水溶性和生物降解性的淀粉基树脂，该树脂引入具有热塑效果分子结构的乙烯醇共聚物，可在挤塑、吹塑、注塑等工艺下成型。
加拿大EPI 公司开发的氧化-生物降解塑料添加剂技术应用于传统聚烯烃塑料制品，不改变或影响塑料传统加工制造过程。TDPA-PE购物袋样品以LDPE 和LLDPE 为基础，聚合物分子分解成氧化分子碎片，暴露或埋藏于土壤，或与成熟堆肥混合，在设定的时间内，可生物降解成65%-75%的矿化物质(由微生物把碳转化成二氧化碳)以及10%-15%细胞生物量。
淀粉基塑料及淀粉与BDP共混物是我国积极开发的产品，研制而的单位相当多。主要研发单位有中科院理化所，长春应化所，江西科学院，北京理工大学和天津大学等。已经进行中试的单位有广东上九生物降解塑料有限公司，浙江天示生态科技有限公司等。
中科院长春应化所研制的淀粉基生物降解薄膜，采用独特的三元增塑体系制成，淀粉含量60%以上，机械性能(厚度20-50μm，断裂强度12-30MPa，断裂伸长率50-250%)与同等厚度的PE薄膜相当，适用于购物袋、垃圾袋、杂物袋等。
江苏九鼎集团近期内开工建设“两万吨生物可降解塑料项目”。九鼎集团聘请中科院专家担任技术指导和总工程师，3年试验和攻关完成了一系列科研课题，生物可降解塑料生产技术取得重大突破，在国内首次具备完全工业化生产能力，今后3年内可以形成年产2万吨生物可降解塑料生产能力。
5 热塑性淀粉塑料存在的主要问题
虽然热塑性淀粉早己有人用不同的方法进行了研制，而且应用于食品工业，
但用于制造塑料却是在近期，全淀粉热塑性塑料是20世纪90年代的新型材料。然而其推广应用还存在一些问题。
(1) 降解性能:填充型和淀粉共混聚烯烃塑料型的主要成分为合成树脂，不能完全降解，只是使材料整体力学性能大幅度降低进而崩馈成碎片或呈网架式结构，且其碎片更难以收集处理。比如将其用于农用地膜，聚稀轻产物仍残留于土壤中，长期累积会导致农业大量减产。此外，还存在降解速度低于堆积速度，产品降解速度的人为控制性不好等问题。
(2) 使用性能：目前，国内外研制的全淀粉塑料强度大多不如现行使用的通用塑料，主要表现在耐热性和耐水性差，物理强度不够，仅适于制造一次性使用的是传统塑料在应用中的最大优点。
(3) 成本价格偏高：全降解塑料的价格比传统塑料制品高3~8倍，尽管目前的生物降解塑料中，全淀粉塑料是最有可能与普通塑料价格持平的，但国内外的淀粉降解塑料价格仍比普通塑料高许多，使推广受到限制。美国Novon International公司，円本谷物淀粉公司，円本住友商事会社，意大利Ferruzzi公司和Novamont公司等已宣布研制成功全淀粉降解塑料[w(淀粉)=90~100 %]，能在1~12个月内实现完全生物降解，不留任何痕迹，无污染，能够用于制造各种薄膜，容器和垃圾袋等。由于价格原因，现阶段只能作为医用材料，高级化妆品以及美国海军出海食品用的容器。而对环境影响较大的垃圾袋，一次性餐具，一次性包装袋及农用膜等材料，热塑性淀粉塑料目前还难以涉足。
6 展望
生物降解塑料无论从地球环境保护，或开发取之不尽的可再生资源的角度来看，还是从合成功能性高分子和医用生物高分子的高科技产品的角度来看，都充分显示了其重要意义，符合可持续发展战略的要求，前景看好。
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可降解塑料的研究利用现状 摘要：本文简介了白色污染的现状、危害及目前处理废旧塑料的方法，重点介绍了可降解塑料的研究现状，并分析了可降解塑料存在问题、发展方向及前景。关键词：可降解塑料白色污染现状前景 1.白色污染的现状、危害及目前处理废旧塑料的方法 塑料自问世以来，以其优异的性能和低廉的成本，在各个领域得到广泛的应用。随着经济的发展，人民生活水平的提高，塑料制品的需求量也日益增加，而塑料带来的“白色污染”也越来越严重。开发降解塑料是治理城乡废弃物对环境污染的一个重要途径。当前各国都急切需要降解塑料及分解材料，因此降解塑料及分解材料将成为一种最具有巨大市场潜力和生态效益的环保新型材料。 1.1“白色污染”的现状 塑料作为一种新型材料，以质轻、防水、耐用、生产技术成熟、成本低的优点，需求量呈逐年增长趋势。仅就中国而言，塑料产量从1975年的1.4万t 激增到2001年的1401万t，预计2005年将达到2500万t。随着塑料产量的不断增加，废弃塑料制品也同比例增多。近年来，在国民经济高速发展的同时，人们的生活方式也由“节俭型”向“消费型”转变，一次性塑料制品的使用量更是大幅增加，以杭州为例，600万人口每月仅一次性塑料包装袋的使用量就达800t。由于最初人们对废旧塑料引起的环境危害缺乏认识，将大量的废旧塑料制品随意抛弃，从而引发了严重的“白色污染”问题。 1.2“白色污染”的危害 1.2.1破坏臭氧层 在生产一次性发泡塑料餐具的过程中，所使用的发泡齐会严重破坏大气臭氧层。. 1.2.2破坏土壤结构 残留在土壤中的不可降解塑料制品会使土壤板结成块，阻碍农作物吸收营养和水分，导致农产品产量下降。 1.2.3危害人体健康
淀粉精细化学品 淀粉基生物降解塑料的应用研究进展 班级：2010级高分子材料与工程（2）班 姓名：郭艳艳 学号：P102014327 时间：2012-10-22 淀粉基生物降解塑料的应用研究进展 摘要：本文介绍了淀粉的结构和性能，淀粉基塑料的分类，阐述了其降解机理，重点综述了的生物降解材料的应用情况及研究进展概况，并在使用材料出现的问题的基础上提出淀粉基降解塑料的发展趋势。 关键词：淀粉基，降解塑料，生物降解 以淀粉为原料的塑料是具有广泛应用前景的生物可降解材料,它具有来源丰富,价格低廉,可重复再生,易生物降解以及阻氧性能好等优点, 因此用该材料加工的产品不仅是传统一次性塑料制品的极好替代品,同时也是二十一世纪的新型绿色包装材料,将引发包装行业的一次绿色革命。同时,淀粉基生物降解塑料可缓解普通塑料带来的“白色污染“问题,对于保护人类环境,促进人与自然的和谐统一,推动绿色“GDP”增长具有重要意义,符合国家可持续发展战略。 1 淀粉的结构及性能 淀粉分子式为(C6H10O5)n，结构式: 图1.1 天然淀粉是以内部有结晶结构的小颗粒状态存在的，其分子结构有直链和支链两种。对于不同的植物品种，其淀粉颗粒的形状，大小以及直链淀粉和支链淀粉含量的比例都各不同。淀粉颗粒的粒径大都在15~ 100μm。直链淀粉是由α-1，4葡萄糖苷键连接的线性葡聚糖聚合物，相对分子质量为(20～200)×104 ，而支链淀粉是由α-1，4 和α-1，6 糖苷键连接的具有分支结构的葡聚糖聚合物，相对分子质量为(100～400)×106。 天然淀粉分子间存在氢键，溶解性很差，亲水但并不易溶于水。加热时没有熔融过程，300℃以上分解。然而淀粉可以在一定条件下通过物理过程破坏氢键变成凝胶化淀粉或解体淀粉。这种状态的淀粉结晶结构被破坏，分子变得无序化。有两种途径可以使淀粉失去结晶性：一是使淀粉在含水＞90%的条件下加热，至60-70℃时淀粉颗粒首先溶胀，而后达到90℃以上时淀粉颗粒消失而凝胶化。二是在水含量＜28%的条件下将淀粉在密封状态下加热，塑炼挤出。这种淀粉和天然淀粉颗粒不同，加热可塑，称为热塑性淀粉，这种淀粉可制备淀粉塑料，同时实验研究表明，直链淀粉更适合制备塑料制品，且机械性能优良。 2 淀粉基塑料的分类 2.1 填充型淀粉基塑料 填充型淀粉塑料又称生物破坏性塑料，其制造工艺是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂，然后加工成型，此类产品淀粉含量都不是很高，淀粉含量不超过30%，这是因为淀粉和塑料树脂的极性相差较大,相互黏结性差，增加淀粉含量会造成拉伸强度和断裂伸
淀粉精细化学品 课题名称：淀粉衍生物絮凝剂的研究进展 姓名：马玉林 学号：P102014101 专业年级：10级化学工程与工艺一班 2012年10月22日
淀粉衍生物絮凝剂的研究进展 马玉林 （西北民族大学，甘肃兰州730100） 【摘要】近年来，全世界对淀粉衍生物絮凝剂的研究、开发、应用方面取得了显著进展。文章对淀粉衍生物絮凝剂的研究进行了综述，指出淀粉絮凝剂在研究中存在的问题和发展趋势，认为改性淀粉絮凝剂是最有发展前景的绿色絮凝剂之一。 【关键词】絮凝剂；改性淀粉；废水处理 近年来，合成有机高分子絮凝剂由于具有相对分子质量大、分子链官能团多的结构特点，在市场占绝对的优势。但随着石油产品价格不断上涨，其使用成本也相应增加，并且合成类有机高分子絮凝剂由于残留单体的毒性，也限制了其在水处理方面的应用。20世纪70年代以来，美、英、日和印度等国结合本国天然高分子资源，开展了化学改性有机高分子絮凝剂的研制工作。经改性后的天然高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂相比，具有选择性大、无毒、廉价等显著特点。 在众多天然改性高分子絮凝剂中，淀粉改性絮凝剂的研究、开发尤为引人注目。因为淀粉来源广。价格低廉。并且产物完全可被生物降解，因此，进入20世纪80年代以来，改性淀粉絮凝剂的研制开发呈现出明显的增长趋势，美、日、英等国家在废水处理中已开始使用淀粉生物絮凝剂，进几年，我国研究淀粉衍生物作为水处理絮凝剂也已取得了较大的进展。 1 淀粉类絮凝剂 淀粉的资源十分丰富，自然界中淀粉的含量远远超过其他有机物，是人类可以采用的最丰富的有机资源，也是开发最早、最多的一类天然高分子絮凝剂。淀粉分子带有许多羟基，通过这些羟基的酯化、醚化、氧化和交联等反应，可改变淀粉的性质。淀粉还能与屏息脂、丙烯酸、丙烯酰胺等人工合成高分子单体起连枝共聚反应，分子链上接有人工合成高分子链，使共聚物具有天然高分子和人工合成高分子两者的性质。 目前，改性淀粉已广泛用于食品、石油、造纸、电镀、印染和皮革等工业废水处理、污泥脱水，饮用水净化，重金属离子去除和矿物冶炼。淀粉衍生物絮凝剂主要有以下4种。 1.1阳离子型淀粉衍生物絮凝剂 阳离子型淀粉衍生物絮凝剂可以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用，从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水。它对无机物质悬浮或有机物质悬浮液都有很好的净化作用，使用的pH范围宽，用量少，成本低。 阳离子淀粉是在碱性介质中，由胺类化合物与淀粉的羟基直接发生亲核取代
制粉工艺对小麦粉粉质特性和糊化特性的影响 在我国，小麦制粉工艺主要分传统工艺和脱皮工艺两种〔两者的区别在于后者先将小麦除麦沟以外的皮层通摩擦和切削去除，然后入磨。与传统工艺的直接入磨比较，脱皮工艺的粉路缩短，出粉率和生产率提高，但能耗增加。 改变制粉工艺会导致小麦粉的损伤淀粉含量和粒度分布等特性的变化，从而对小麦粉糊化特性也产生影响，而淀粉糊化特性是反映淀粉品质的重要指标之。研究显示，小麦粉的一些主要糊化特性，比如糊化温度、峰值粘度、保持强度、回生值等，均在一定程度上影响而包、面条、馒头等食品的外观品质和食用品质。峰值粘度表示的小麦粉粘度性状能够反映不同小麦品种的面条品质，并与不同类型面条的弹性、韧性和食用特性呈显著正相关。研究还显示，快速粘度分析仪的参数与馒头品质特性有明显的相关性,特别是用峰值粘度高的小麦粉制作的馒头感官评分高。 过去有关这两种制粉工艺的比较研究，是从不同的制粉工厂取样后分析或是通过实验磨制取样品。前者，小麦的品种、出粉率等无法控制，可比性较差；而后者虽然小麦的品种和出粉率有所保障，但与实际生产差距较大。本研究选用3种小麦（高、中、低筋各一种），利用不同工艺的制粉工厂制取样品，分析小麦粉粒度和损伤淀粉含量等粉质特性的变化情况，并使用快速枯度分析仪（Rapid Visco Analyser, RVA)研究不同制粉工艺对小麦粉糊化特性的影响。 1 材料与方法 1.1 试验材朴 小麦品种：8901（高筋）、南阳白麦（中筋）和澳大利亚白麦（低筋）。 小麦粉：由天津某面粉厂（传统工艺）和北京某面粉厂（脱皮工艺）提供，加工能力均为120 t/d。分别采用以上3种原料制取特一粉和特二粉，一共得12个小麦粉样品（控制特一粉出粉率46%，特二粉出粉率28%）。 1.2 实验方法 1.2.1 水分测定 按AACC 44-16 (AACC 1983)的方法进行测定。 1.2.2 蛋自质含虽测定 按GB/T 5511-85微量凯氏定氮法进行测定。 1．2.3 小麦粉粘度参数测定 根据AACC76-21的标准方法1，同时参考谷物粘度测定和快速粘度仪法（LS/T 6101-2002），测定小麦粉峰值粘
玉米淀粉基降解制品项目可行性研究报告 1.玉米淀粉基降解餐具产品概述： 1.1诠释含义 玉米淀粉基降解环保餐具，是采用天然玉米淀粉及植物纤维为基料，辅之以生物聚酯、多元醇等物质加工而成，其淀粉含量最高可达80%，在土壤和自然环境下可以自然降解，对环境无污染、无破害。节约了石油等不可再生资源，是目前餐饮市场上普遍使用却饱受争议的“消毒餐具”的理想替代品。 1.2优点 1、可降解：在自然界（光和土壤）中具有可自然降解的特性。 2、强度好：可满足消费者使用需求。 3、不渗漏：密封性能好，不渗漏。 4、无异味：以玉米淀粉为原料，产品带有淡淡的爆米花清香。 5、耐温性：可耐高温150℃、低温-40℃，在微波炉和冰箱中亦可放心 使用。 6、抗油脂性：能够耐受食物中的大量油脂。 1.3优势（淀粉的、降解的、环保的、健康的、低碳的） 1、淀粉的——原料天然：以天然玉米淀粉为原料，可持续供应，使天然资源重复使用，循环不息。 2、降解的——安全可降解：原料为天然高分子化合物，能在自然环境下实现降解。 3、环保的——绿色环保：产品使用后在自然环境中能快速被微生物降解，成为植物养料，真正做到源于自然，还于自然，有效解决白色污染带来的环境破坏。 4、健康的——无毒害性：原料天然，生产过程无菌生产，消毒检验严格，产品降解后不会对土壤及空气产生毒害，无二次污染的危害。
5、低碳的——替代性强：可替代以石油为原料的塑料制品和以木材为原料的纸制品。 1.4玉米淀粉基降解制品工艺流程及生产资料 后见附件一、附件二、附件三 1.5建设项目的目的及意义 二十世纪初时，石油和化学工业的迅速发展，塑料以其良好的热性能和化学的稳定性，作为一类新型的材料，浩浩荡荡地进入了人类社会的生活中，给人类社会的工业生产和生活带来了许多方便，其使用价值也得到了广泛的认可，这是积极的方面，但也给人类社会带来了许多负面的影响，特别是人类生活中一次性使用塑料制品（如：农用地膜、餐盒、各种包装袋、饮料杯、防震材料等）。在完成其使用功能后即被丢弃，而其回收利用率很低，大量废弃塑料只能够采取焚烧、填埋、倾倒的简单方式进行处理，从而对自然环境和生态环境造成了严重的污染和破坏，是形成全球变暖，破坏生态的一大公害。国际上称这新的污染源为“白色污染”。 “白色污染”在生活环境中，多次水灾是由于塑料废弃物堵塞了涵洞造成严重的经济损失；废弃塑料通过焚烧之后释放出大量的二恶因及残留的氯化物、重金属离子等有害物质，台湾的大众称之为世纪毒气，严重地危害着人类和生物的生存和繁衍；通过填埋处理，塑料膜需百年后才能分解，隔断了土壤与植物毛细根系的相依相容性，不但阻断了植物根系对低水份、营养的吸收，同时使得植物的根系扎不下去，造成禾苗“吊死”现象。 基于上述多年以来给生态环境造成的危害，许多国家都纷纷把治理“白色污染”当作国策来抓：美国35个州、欧共体以及日本、韩国、新加坡等发达国家相继制定了法规；中国也于1996年4月1日正式颁布了具有划时代意义的《固体废弃物污染环境管理法》；中国七个部委联合发出《通告》，要求从2000年起至年底之前，彻底清除一次性发泡聚苯乙烯（EPS）餐具的生产、销售和使用，以降解塑料制品替代；台湾从2002年起实施禁用购物用塑料袋及塑料类免洗餐具，欧盟各国从2006年5月1日开始对含塑料类包装货物征收货物总值的7％环保税。 随着国际石油资源的日益紧缺，油价不断高涨，节约石油资源、保护能源是当今国际社会和各国政府的重点关注的热点也是摆在各国政府重要议程而本项目的主要原材料是玉米淀粉，是取之不尽的可循环资源，既节约石油资源，保护生态平衡又提高农副产品付加值增加农民的收入。 综上所述足以证明全世界各国各地区政府对日常生活中一次性塑料制品所造成的危害充分重视。纷纷列入政府的重要议事日程中，彻底清除的决心扰然可
小麦中的淀粉酶及其研究进展 摘要：从各个方面来研究了小麦中淀粉酶的功能作用以及它的作用机理，通过研究可知，小麦中的а-淀粉酶和β-淀粉酶对食品的品质的影响起着重要的作用。并通过国内外的研究进展来进一步说明小麦中淀粉酶的研究是很有必要的。最后提到了淀粉酶的添加来弥补某些淀粉酶不足以满足食品加工的小麦。本文主要从小麦中的淀粉酶研究意义，国内外小麦中的淀粉酶的研究近况以及未来的发展方向进行了较为全面的综述。 关键词：小麦；淀粉酶；研究进展 在活细胞中进行着大量的化学反应的特点是速度很快，且能有秩序的进行，从而使得细胞同时能进行各种降解代谢及合成代谢，以满足生命活动的需要。生物细胞之所以能够在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行化学反应是由于其中存在一种称为“酶”的生物催化剂。而在小麦的生长，储存，加工等环节中，其中存在的酶就具有非常重要的作用，小麦中的酶会影响着小麦的储存，加工等品质。小麦粉中的淀粉酶主要有3类，即а-淀粉酶，β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。其中与面包烘焙有关的主要是а-淀粉酶和β-淀粉酶，而且а-淀粉酶与小麦的储藏品质也有着极其密切的关系。所以对小麦中的淀粉酶进行研究是十分有必要的。 1.研究小麦中的淀粉酶的意义 小麦中的淀粉酶主要有а-淀粉酶，β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶这三类。面粉有很多用途，可以制成各种不同的成品食品。而面粉大多数都是小麦面粉，可见要研究面粉就的研究小麦，并且小麦中的а-淀粉酶，β-淀粉酶与面包烘焙有关，而且а-淀粉酶与小麦的储藏品质也有着极其密切的关系。所以研究小麦中的淀粉酶是非常有意义的。通过研究可以更好地把握不同小麦品种的淀粉酶的性质，来改善淀粉酶，从而来改进食品品质。 1.1小麦中的а-淀粉酶对面包品质的影响 大量的研究已证实，由于淀粉酶在发酵过程中对淀粉分子进行了有益的修饰，进而改善了面包的质地、体积、颜色、货架寿命等方面的性质,具体影响如下[1,2]： 1.1.1 а-淀粉酶对面包品质的影响 ○1а-淀粉酶能增大面包体积。а-淀粉酶是通过适当阻止面筋的形成来使面包体积增加的，
抗性淀粉研究进展 摘要：抗性淀粉是膳食纤维的一种，对于人体健康具有重要的食用价值和保健作用。本文就抗性淀粉的分类、制备方法、对人体的生理功能、及其在食品中的应用进行综述。 关键词：抗性淀粉；生理功能；食品应用 抗性淀粉(resistant starch，RS)是膳食纤维的一种，是人类小肠内不能消化吸收，但能在结肠发酵的淀粉及其分解产物[1]。1982年，英国生理学家Englyst发现并非所有淀粉都能被α-淀粉酶水解，由此提出抗性淀粉这一概念[2]。因为抗性淀粉在小肠内不被消化吸收，而是进入结肠被肠道微生物利用发酵产生短链脂肪酸再被吸收，有利于其能量缓慢释放，此外，还能产生二氧化碳、甲烷等气体维持结肠良好的微生态环境，有研究发现短链脂肪酸还能降低人体的胆固醇，这些功能都改善了人体健康。抗性淀粉的热量较低，热值一般不超过10.0-10.5KJ/g[3]，具有膳食纤维的功能特性，但在食品加工能克服膳食纤维的某些缺点，改善食品品质。目前，人们已经将抗性淀粉应用在面条、饼干、酸奶等食品中。本文主要从抗性淀粉的分类、制作方法、健康特性、食品应用方面进行阐述。 1 抗性淀粉的分类 普通淀粉的形状为圆形或椭圆形轮廓，光滑平整；抗性淀粉为不规则的碎石状，表面鳞状起伏[4]。高直连淀粉（如玉米、大麦）是RS的主要来源，一般来说，直链淀粉与支链淀粉的比例比值越大，抗性淀粉的含量越高[5]。此外，抗性淀粉的颗粒大，因其体面积比大，与酶接触机会小，水解速度慢。宾石玉[2]等的研究测定高直连玉米淀粉、玉米、早籼稻糙米、糯米的抗性淀粉的含量分别为44.98%、3.89%、1.52%和0。 1.1 物理包埋淀粉（RS1） 因淀粉包埋在食物基质（蛋白质、细胞壁等）中，这种物理结构阻碍了淀粉与淀粉酶的接触而阻碍淀粉的消化，一般通过碾磨、破碎等手段可破坏包埋体系而转变为易消化淀粉。典型代表：谷粒、种子、豆类。 1.2 抗性淀粉颗粒（RS2） 主要存在水分含量较低的天然淀粉颗粒中，由于淀粉颗粒结构排列规律，晶体结构表面致密使得淀粉酶不易作用，从而对淀粉酶产生抗性，可通过热处理如蒸煮使其糊化失去抗性。典型代表：生的薯类、青香蕉淀粉颗粒。 1.3 回生淀粉（RS3） 食品加工过程中发生回生作用而形成的抗性淀粉。因淀粉颗粒在大量水中加热膨胀最终崩解，在冷却过程中，淀粉链重新靠近、缠绕折叠，定向排列成的紧密的淀粉晶体结构，而不易与淀粉酶结合。典型代表：加热放冷的马铃薯、红薯以及过夜的米饭。 1.4 化学改性淀粉（RS4） 通过化学改性（酯化、醚化、交联作用）或基因改良而引起淀粉分子结构发生变化而不利于淀粉酶作用的淀粉。典型代表：交联淀粉、基质改良粘大米。 1.5 淀粉脂质复合物（RS5） 当淀粉与脂质之间发生相互作用时，直连淀粉和支链淀粉的长链部分与脂肪醇或脂肪酸结合形成的复合物称RS5。脂质存在于RS5淀粉链中的双螺旋中，使得淀粉结构发生改变，不溶于水，且具热稳定性，不易与淀粉酶反应[6]。典型代表：含有淀粉和脂质的谷物和食品。 2 抗性淀粉的制备 从抗性的制备工艺方面，RS3 型抗性淀粉具有生产安全、易于控制及热稳定性好的优点，因此是最具有工业化生产与广阔的应用前景的一类抗性淀粉。抗性淀粉的产率与原料中的直链淀粉含量成正比，随着直链淀粉与支链淀粉的比例增高，抗性淀粉产率由7.61%增大至
小麦抗性淀粉的研究进展 摘要：该文主要阐述了抗性淀粉的理化性质、制备工艺和遗传特性的研究现状，最后简介其其在食品工业中应用前景。 关键词：小麦、抗性淀粉、RS3 1983 年，英国生理学家 Hans Englyst 首先将一部分在人体肠胃中不被淀粉酶消化的淀粉定义为抗性淀粉（Resistant Starch，简称 RS）[1]。近年来碳水化合物与健康关系的研究发现,抗性淀粉具有提供能量,降低食物热效应[2],调节、保护小肠, 防止糖尿病和脂肪堆积以及促进锌、钙、镁离子的吸收[3]等功能, 因此 RS 已成为近年来碳水化合物研究的热点之一。 抗性淀粉是一种无异味、持水性低、多孔性白色粉末，抗性淀粉至今尚无化学上精确分类，目前大多根据淀粉来源和人体试验结果，将抗性淀粉分为4种类型：RS1（物理包埋淀粉）、RS2（抗性淀粉颗粒）、RS3（回生淀粉）、（化学改性淀粉），其中 RS3是研究和应用最广泛一种。RS3是指糊化后的淀粉在冷却或储存过程中部分重结晶，由于结晶区的出现，阻止淀粉酶靠近结晶区域的葡萄糖苷键，并阻止淀粉酶活性基团中的结合部位与淀粉分子结合，造成不能完全被淀粉酶作用而产生抗酶解性。 小麦是当今产量最大的粮食作物之一。随着小麦深加工的发展,小麦淀粉工业在我国发展迅速,但由于小麦淀粉加工适应性差,其在实际领域中并未得到很好的应用。因此选择以小麦淀粉为原料开发抗性淀粉产品,具有理论和实际上的重大意义。 一、小麦抗性淀粉的理化性质研究 小麦抗性淀粉的数均分子量为3198,重均分子量为7291，抗性淀粉形成过程中,其分子结构特征没有变化[4]。 Behall 等[5]对 RS 的理化特性进行了分析,表明 RS 为白色无异味的多孔性粉末,平均聚合度在 30-200 之间,在 100-165℃之间直链淀粉晶体熔融,产生吸热反应;耐热性高,持水性低,含热量低。X-衍射表明, RS 在空间上形成双螺旋结构,分离的 RS 的衍射图谱显示其为 B 型晶体结构[6]。 邵秀芝等[7]采用微波—酶法制备小麦抗性淀粉，并对其物理性质惊醒了研究。发现其与原小麦淀粉相比，小麦抗性淀粉表面粗糙，形状变得不规则，结晶结构为B 型和 V 型结合体，持水性大于原淀粉，而乳化能力和乳化稳定性均低于原淀粉；在相同溶液浓度条件下，抗性淀粉粘度比原淀粉低得多。 王娟等等[8]利用压热法制备小麦抗性淀粉 RS3，并考察其部分理化性质及结构性质。结果表明，该产品含抗性淀粉 13.89%，透光率较好，持水力、溶解度和膨胀度都随水浴加热温度的升高而上升。其淀粉-碘复合物最大吸收波长为 594 nm，碘吸收曲线在 580~610 nm之间呈较宽的吸收峰。该产品颗粒形状大部分为圆形，偏光十字明显，多呈十字型，且交叉点均位于颗粒中心；起糊温度为68.7 ℃，糊化不易发生，但较易老化。淀粉颗粒结晶结构为 C 型，仍保留了小麦淀粉红外光谱的特征吸收峰。
羟丙基淀粉研究进展 [摘要] 综述了羟丙基淀粉的理化性质、分析测试方法,合成工艺及以羟丙基淀粉基的复合变性淀粉,并对羟丙基淀粉研究进行了展望。 [关键字] 羟丙基淀粉性质合成工艺复合变性分析测试 [Abstract] This paper examines the physicochemical properties, the instrumental analytical methods, the synthesis technology of hydroxypropyl starch, and the complex modification of hydroxypropyl starch. And this examination includes a prospect of science and technology of hydroxypropyl starch in the last part. [Keywords] hydroxypropyl starch synthesis technology Physicochemical Properties complex modification Analytical Test 羟丙基淀粉是食品、石油、纺织、印刷、造纸、印染等行业不可缺少的生产助剂,随着科技的发展、经济的繁荣、行业竞争的日益激烈,对羟丙基淀粉使用性能、生产工艺、成本控制也提出了更高的要求。 1 羟丙基化对淀粉理化性质的影响 淀粉羟丙基化是指醚化剂与淀粉葡萄糖单元的羟基作用,使淀粉分子在该位置联接一个或多个羟丙基单元,非离子性的羟丙基与淀粉分子之间以强稳定的醚键联结使得羟丙基淀粉具有非常优秀的耐PH值性能。 1.1 降解性 由于羟丙基化使淀粉分子链间隔变大,结晶破坏,因此随摩尔取代度增加淀粉更易降解;但也有实验显示摩尔取度较低的羟丙基淀粉比原淀粉更易水解,但随着摩尔取代度的增加羟丙基淀粉的水解率和水解难易程度都要低于原淀粉,这种现象在马铃薯淀粉,蜡质玉米淀粉,木薯淀粉中都存在,这是由于摩尔取代度高低不同的羟丙基淀粉水解机理不同造成的。 1.2 降滤失性 亲水性羟丙基的引入破坏了淀粉颗粒的内部结构,弱化了分之间的氢键作用力,明显提高了淀粉对水的包容性,降滤失作用。需要注意的是羟丙基淀粉在水中的溶解度随取代度的提高而增大,随温度升高而增大。 1.3 淀粉糊性质 (1)成糊温度:羟丙基淀粉成糊温度随取代度的增加而降低也是本领域公认的事实,James曾测定羟丙基含量每提高1%(W%),成糊温度降低致少6.5℃。(2)糊化
改性淀粉的研究进展及其应用综述 李月丰 （湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙 410128） 摘要：本文综述了改性淀粉的主要特点，阐述了改性淀粉在各领域的应用研究，展望了改性淀粉的发展前景。 关键词：改性淀粉；应用；研究进展 0、前言 淀粉是天然高分子聚合物，是自然界来源最丰富的一种可再生物质，可降解，不会对环境造成污染。由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，其水解的终产物为葡萄糖。 改性淀粉以天然淀粉为原料经过特定的化学方法、物理方法、酶处理法, 改良其原有性能的淀粉, 被广泛应用于食品、医药、皮革、铸造、造纸、纺织、水处理等行业。 1、改性淀粉在不同领域中的应用 1.1、在食品行业的应用 改性淀粉由于耐热、耐酸，具有良好的黏着性、稳定性、凝胶性和淀粉糊的透明度，较好的弥补和改善普通淀粉的不足，在食品行业有着广泛的用途。交联淀粉广泛应用于食品的增稠剂中, 尤其是需要粘度稳定性很好的浓溶液中。低交联度的淀粉可以在水果馅饼中用作填充料，加入罐头中可使其耐灭菌处理。酸法变性淀粉则大大提高了淀粉的凝胶性，用于果冻、夹心饼、软糖的生产。淀粉衍生物醋酸淀粉酯在食品工业中用作耐酸粘合剂。Hung, P. V. 和Morita, N.(2004)研究还表明[1-2]:交联键能加强淀粉颗粒之间的结合作用, 使之较稳定存在, 从而糊液有较好的流动性。李文钊等[3]将一种T0098 预糊化淀粉应用在面包中,可延缓老化, 使烘焙制品保持柔软蓬松, 延长保存期。王玉田等人［4］将玉米改性淀粉应用于灌肠制品中，发现灌肠制品在弹性、气味、滋味和组织状态及贮藏方面均有很大改善，并具有较高的成品率和经济效益。 1.2、在水处理中的应用 改性淀粉作为一种很有发展前途的新型水处理剂，已经得到越来越多的重
海南大学 毕业论文（设计） 题目：淀粉基生物降解材料 学号：20110402310001 姓名：陈广平 年级：2011 学院：材料与化工学院 专业：高分子材料与工程（塑料）指导教师：赵富春 完成日期：2014 年11 月23 日
淀粉基生物降解材料 摘要 淀粉基生物降解材料是一类很重要的可降解高分子材料。随着08年政府大力发展可降解塑料政策的出台，淀粉基生物降解材料近几年得到了飞速的发展，各类研究成果层出不穷。淀粉与高分子材料复合方法，淀粉的改性方法也多种多样。本文着重介绍淀粉基生物降解材料的一些基本知识：淀粉基生物降解材料的结构与性质、生物降解的定义及原理、降解性能的影响因素、应用与发展…等。 关键词：淀粉生物降解降解性能应用与发展 合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱[1]。然而，在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响[2]。另外，生产合成高分子材料的原料一一石油也总有用尽的一天，因而，寻找新的环境友好型材料，发展非石油基聚合物迫在眉睫，而淀粉基可生物降解材料正是解决这两方面问题的有效途径。 1、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ɑ一1, 4-糖苷键连接D一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ɑ一1, 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(0.3×106-3×106)，占72% 的支链淀粉分子量则可以达到数亿[3、4] 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
淀粉泡沫材料研究研究进展 作者：周江，佟金来源：吉林大学 [摘要]：在概述淀粉材料发泡原理的基础上，综述了淀粉泡沫材料研究与开发的最新进展。阐述了材料组成和发泡工艺参数等因素对淀粉泡沫材料的发泡行为和性能的影响，介绍了淀粉泡沫材料在包装领域的应用，并对未来的研发方向做了展望。 泡沫塑料（如聚苯乙烯泡沫）作为缓；中包装材料被大量使用。由于回收利用的可操作性差以及价格等方面的原因，绝大部分使用过的泡沫包装材料被作为废弃物处理掉的。这些泡沫材料质量轻、体积大而且难于腐烂降解，给环境带来了严重的冲击。采用生物降解材料是解决这一问题的有效途径之一。淀粉作为一种天然高分子，既可再生，又能完全降解。其低廉的价格和广泛的来源，使得淀粉成为制备生物降解塑料的主要原料之一[1-2]。以淀粉为原料研制开发的生物降解泡沫材料，在某些领域已经开始取代聚苯乙烯泡沫材料，它既可以抑制废弃的塑料泡沫包装材料造成的环境污染，又能节约有限的石油资源，对于解决目前全球面临的环境危机和资源危机无疑具有重要的意义。本文综述了这方面研究工作的最新进展并对淀粉泡沫材料在包装领域的应用前景进行了介绍。 1 淀粉材料的发泡 淀粉材料的发泡方法可分为2类：1）升温发泡，即在常压下迅速加热材料使得其中的水分汽化蒸发，从而在淀粉材料中形成多孔结构；2）降压发泡，即在一定的压力下加热材料，使得材料中的水成为过热液体，然后快速释放外部压力造成其中过热的水汽化蒸发，从而使淀粉材料发泡。在淀粉材料的发泡过程中，水的作用是非常特殊和重要的。在发泡前，水是淀粉材料的增塑剂，起着促进淀粉塑化的作用；在发泡过程中它又变成发泡剂，是泡体长大的动力。 淀粉材料的粘弹性是影响泡体长大的主要因素。而淀粉材料的粘弹性不但与温度有关，而且与淀粉的塑化程度及其水含量（或其它增塑剂）有关。为了使淀粉材料发泡，首先必须提供足够的热量，使淀粉材料的温度高于其玻璃化转变温度而处在橡胶态。水的存在将有效地降低淀粉材料的玻璃化转变温度。在发泡过程中，随着水的蒸发消失，材料的玻璃化转变温度不断升高，最终从橡胶态回到玻璃态，从而将体内的孔洞结构保持下来。如果材料的最终状态仍然是橡胶态，则体内的孔洞结构将逐渐塌陷萎缩。 2 淀粉材料发泡工艺 2．1 挤出发泡 挤出发泡技术是利用降压发泡的原理，通过挤出机实现的。淀粉和水以及其它添加剂进入挤出机后，在热和剪切的共同作用下，颗粒淀粉的结晶结构被破坏，并形成淀粉高分子的无序化熔体，即所谓的热塑性淀粉。由于螺杆的挤压和挤出机腔体的限制，加热的淀粉熔体中将建立起很高的压力，使得其中的水成为过热的液体（温度可高达220℃）而不汽化蒸发。当淀粉熔体从挤出机机头挤出后，物料中的压力被释放，过热的水瞬间汽化蒸发，在淀粉熔体中形成多孔结构。同时，物料温度的下降和由于水蒸发造成的材料玻璃化温度的上升，使得热塑性淀粉从高弹态回到玻璃态，从而将其中的多孔结构冻结而形成泡沫材料。用挤出发泡技术制备淀粉泡沫包装材料始于20世纪80年代末期，随后又有多项用挤出发泡技术制备淀粉泡沫材料的专利问世。该方法是目前生产缓冲包装使用的淀粉泡沫松散填充材料（loose fill）的主要方法。 2．2 烘焙发泡 Shogren等人利用食品工业中的烘焙技术，在封闭的模具中加热淀粉糊（温度范围175～235℃）制备出淀粉泡沫材料。与挤出发泡技术相比，用烘焙技术得到的淀粉泡沫材料一般在表明层有较
淀粉物理性能的研究进展 摘要：本文介绍了淀粉的分类、淀粉的组成、淀粉颗粒的性质以及淀粉的凝沉性和粘度等性质。比较了玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉以及小麦淀粉之间等各种淀粉的各组分组成含量及其目前各淀粉的发展研究情况。 关键词：淀粉组分含量性质影响因素 正随着国民经济的高速发展，我国淀粉工业也得到了相应的发展。我国拥有丰富的淀粉工业原料，玉米产量9000多万吨，居世界第二，薯类居第一，这些是我国发展点淀粉工业的基础[1]。淀粉是植物的重要储藏物质，随着淀粉工业的发展，淀粉深加工产品的数量不断增加，淀粉的应用范围不断扩大，对淀粉品质的要求也越来越高。 一、淀粉的分类 淀粉根据其分子形状可分为直链淀粉和支链淀粉，支链淀粉是由α-1，4 葡萄糖苷键连接的线性葡聚糖，二支链淀粉是由α-1，4 和α-1，6 糖苷键连接的具有分支结构的葡聚糖。直链淀粉在水溶液中并不是线性分子，而在分子内氢键的作用下分子链卷曲成螺旋状，每个螺旋含有6个葡萄糖残基。在显微镜下，淀粉都是形状和大小不同的透明颗粒，其形状有圆形、卵形（椭圆形）、多角形等三种[2]。不同淀粉粒平均颗粒大小不同：马铃薯淀粉粒65μm，小麦淀粉粒20μm，甘薯淀粉粒15μm，玉米淀粉粒16μm，稻米淀粉粒5μm。就同一种淀粉而言，淀粉粒的大小也不均匀，如玉米淀粉粒中最大的为26μm，最小的为5μm。在常见的淀粉中马拉松淀粉的颗粒最大，稻米淀粉的颗粒最小。支链淀粉易分散在冰水中，而直链淀粉不易分散在冰水中。天然淀粉粒完全不溶于冷水。在68-80℃时，直链淀粉在水中溶胀而形成胶体，支链淀粉则仍为颗粒，但是，一旦支链淀粉溶解后冷却则不易析出。 二、淀粉的组成 1.水分 淀粉中的含水量取决于储存环境的温度和相对湿度，一般在10-20%范围内。在相同条件下，马铃薯淀粉的含量较高。淀粉的含水量随环境条件的变化而变化，环境的相对湿度越大，淀粉的含水量越高。在饱和湿度条件下，吸水量多，并引起淀粉颗粒膨胀。玉米，马铃薯，木薯淀粉的吸水量分别为39.9%、50.9%、47.9%（干基淀粉计）颗粒直径分别增大9.1%、12.7%、28.4%。淀粉的这种吸水性表明淀粉颗粒具有渗透性，水及水溶液能自由渗入颗粒内部，淀粉与稀碘溶液很快变蓝，再与硫代硫酸钠溶液蓝色消失就说明这点。 2.脂类化合物
生物可降解塑料的研究现状 摘要：生物可降解材料因其具有可降解的特性越来越受到人们的关注。本文主要介绍生物可降解塑料的应用背景，塑料的最新研究及其成果。其中可降解塑料包括淀粉基高分子材料、聚乳酸和PHB。 关键词：生物可降解塑料白色污染淀粉基材料聚乳酸PHB 现代材料包括金属材料、无机非金属材料和高分子材料作为现代文明三大支柱（能然、材料、信息）之一在人类的生产活动中起着越来越重要的作用。[1]传统的高分子塑料在给国民经济带来快速发展，人民生活带来巨大改变的同时也给人类的生存环境带来了巨大的破坏。当今社会“白色污染”的问题变得越来越受关注。这类塑料由于在自然环境下难以降解处理，以致造成了城市环境的视觉污染，同时由于它们不能像草木一样被生物降解，还常常引起动物误食，并造成土壤环境恶化。塑料制品在食品行业中广泛使用，高温下塑料中的增塑剂、稳定剂、抗氧化剂等助剂将渗入到食物中，会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统造成损害。塑料的大量使用必然会带来如何处理废弃塑料的难题。传统的塑料处理方法主要包括直接填埋、焚烧、高温炼油等方法。这些处理方法不仅对环境造成破坏，同时也对人类健康构成巨大威胁。石油、天然气等能然已面临危机，以石油为原料的塑料生产将受到很大的阻力。为了减少废弃塑料对环境的污染和缓解能然危机，多年来人们努力开发生物可降解材料，用以替代普通塑料。生物可降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。生物降解过程主要分为三个阶段：（1）高分子材料表面被微生物粘附；（2）微生物在高分子表面分泌的酶作用下，通过水解和氧化等反应将高分子断裂成相对分子量较低的小分子化合物；（3）微生物吸收或消化小分子化合物，经过代谢最终形成二氧化碳和水。 一、生物可降解材料的种类 按照原料组成和制造工艺不同可分为以下三种：天然高分子及其改性材料、微生物合成高分子材料和化学合成高分子材料。天然高分子中含量最丰富的资源包括纤维素、甲壳素、木质素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖类等，他们具有多种官能团，可通过物理或化学的方法改性成为新材料，也可通过物理、化学及生物技术降解成单体或低聚物用作能源及化工原料。微生物合成高分子降解塑料是由生物发酵方法制的一类材料。 二、最新研究成果及其应用 2.1天然高分子及其改性材料 天然合成高分子降解塑料天然高分子大多数可以生物降解，但热学、力学性能差，不能满足工程材料的性能要求。通过对天然高分子改性可以得到能有实用价值的天然高分子降解塑料。其中天然高分子聚合物降解塑料包括淀粉、纤维素、木质素、多糖以及蛋白质等为基材的复合材料。淀粉是植物经光合作用而形成的碳水化合物，由于其来源广泛、价格低廉、降解后仍以二氧化碳和水的形式回归到自然，被认为是完全没有污染的可再生能源，以淀粉基高分子材料的塑料制品已在非食用领域得到了广泛的开发和研究。 淀粉基高分子材料包括淀粉填充塑料和完全淀粉基塑料。其中，淀粉基填充塑料主要是指以淀粉作为填充剂，与PE、PP等通用塑料共混。[2]传统的淀粉填
淀粉基可降解材料的研究、应用现状及发展趋势 摘要：本文介绍了淀粉直接填充型塑料、淀粉/合成高分子共混型塑料和全淀粉型塑料的研究现状、降解性能、应用现状。分析了淀粉基可降解塑料的发展前景和现今存在的问题。关键词：淀粉；可降解；填充型；改性 塑料因具有密度小、强度高和化学稳定性好,以及价格低廉等优点,不仅在我们日常生活中被普遍使用,而且已成为材料领域的四大支柱之一[1]。然而塑料的大量使用,产生了许多无法回收的一次性塑料废弃品,造成了日益严重的“白色污染”,如地下水体污染和土壤污染,动植物资源被破坏,严重危害着人类的生存与健康。 淀粉有着再生、廉价、易保存和便于运输的特点,在一定条件下可进行各种反应,派生出众多衍生物。而淀粉良好的可再生利用性和生物降解性使其成为生物降解材料的极好原料。目前淀粉塑料制品成本虽然比一般塑料高10%~30%,但随着生产规模的扩大及其技术进步,用淀粉作为原料来生产生物降解制品以替代部分塑料制品有着很大的发展潜力。 1 淀粉的结构和性能[2] 淀粉是来源丰富、价格便宜的天然高分子物质。它具有强极性的结晶性质，是由葡萄糖单元组成的多糖类碳水化合物，化学结构式为(C6H10O5)n，n为800-3000。淀粉分子在结构上可分为直链淀粉(amylose)和支链淀(amylopectin)两类。直链淀粉通常以单螺旋结构存在，庞大的支链淀粉分子成束状结构，见Fig.1-1及Fig.1-2。 Fig.1-1 直链淀粉
Fig.1-2 支链淀粉 天然淀粉通常大多天然淀粉都是这两种淀粉的混合物，两者的比例因植物的品种和产地而不同。直链淀粉是葡萄糖以α-1,4-糖苷键结合的链状结构，分子量为20-200万左右；支链淀粉中各葡萄糖单元除α-1,4-糖苷键连接外，还存在α-1,6-糖苷键结构，所以带有分支，约20个葡萄糖单位就有一个分支。分子量在107-109左右。以15-100μm的颗粒存在，玉米淀粉颗粒大小中等，直径为5-26μm，形状为圆形和多角形。直链淀粉含量相对较高，达28%，淀粉糊不透明，具有较好的抗剪切能力。玉米淀粉占全部商品淀粉的80%，价格最为低廉。马铃薯淀粉颗粒属于单粒，为椭圆形，平均粒径50微米，是所有商品淀粉中颗粒最大的。它含21%的直链淀粉，其余为支链结构，支链上有5-6个葡萄糖单元，支链之间平行排列并由于氢键形成具有一定强度的散射状结晶“束”，束间分子杂乱无定型。马铃薯淀粉糊高度透明，但抗剪切能力较差。马铃薯淀粉产量占所有淀粉的8-10%，居第二位。 天然淀粉的高分子链间由于存在氢键，分子间作用力较强，因此天然淀粉的溶解性差，不易溶于水，并且加热不熔融，在加热到300℃以后分解，成型性能较差。为改善其加工工艺性能，一般是通过打开淀粉链间的氢键，使淀粉失去结晶性的方法来实现。其操作方法有两种，一种是加热含水量大于90%的淀粉水溶液，淀粉颗粒在60-70℃间开始溶胀，在温度达到90℃以后淀粉颗粒开始崩裂，高分子链间氢键被打开，产生凝胶化；另一种是在密封状态下加热，塑炼挤出含水量小于28%的淀粉。这种过程中淀粉加热后可以塑化，故称之为热塑性淀粉[3]。 2 淀粉基可降解材料的研究现状 淀粉与其它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，因而在生物降解材料领域中具有重要的地位。淀粉塑料也称淀粉基塑料(Starch-based Plastics)，
1引言 日常生活中的塑料是以石油为基本原料，应用化学合成的方法生产出来的。在20世纪，全球深受大量的废旧包装用塑料膜、塑料袋、一次性塑料餐具及农作物使用后污染所苦，称之为“白色污染”，各国为解决“白色污染”所造成的问题，积极寻找新型环保绿色材料，而可生物降解的塑料产品就成了市场需求日增的创新产品之一。 众所皆知，以石化原料为基础的传统塑料，不论在生产过程或高温焚化过程都会释放出大量的二氧化碳，这些经由焚化产生的二氧化碳将逐渐导致全球气候异常与环境暖化。生物可降解生态塑料是以淀粉、木质素或纤维素等可再生资源为原料，透过特殊生物改性技术转化为聚合物的高科技材料，这些生态塑料所使用的原料均是靠吸收二氧化碳而成长的植物，因此即使经过高温燃烧焚化之后，亦不会影响大气中二氧化碳的总量。此外，生态塑料使用完毕后能在自然界中被微生物降解，因此不会对环境造成污染。 近年来为了有效解决“白色污染”的问题，各类相关研究与应用均着重于生物可降解塑料开发，其中又以淀粉基生物可降解塑料的种类和数量最多。使用淀粉开发生物可降解塑料的主要优点在于：（1）优异的生物可分解能力；（2）绿色、环保、无毒害的降解过程；（3）改性热塑淀粉，其机械性能可达到一般泛用塑料制规格；（4）取之自然、用之自然，是自然界的可再生资源。 2常见淀粉改性技术 淀粉结构化学特性上为亲水性天然高分子，其分子结构上的具有大量羟基（-OH基）可与水分子以氢键的方式结合（图1），吸湿性佳，故使用纯淀粉制成的生态塑料并不适合使用于含水或湿度较高的环境。为有效克服淀粉本身具有高亲水性的问题，传统技术主要利用疏水性高分子与淀粉混练，以提高复合材料的耐水性，如疏水性树脂，其由双螺杆押出制备，分别与一般玉米淀粉与高支链玉米淀粉混练而得疏松产品，其结果显示，发泡塑料的水溶性随疏水性树脂添加量增加而降低，可大幅改善其耐水性。然而上述复合材料可能存在淀粉与高分子间界面表面能差异过大或熔融加工黏度不一，而产生相分离、混合不均、物性下降等问题，使淀粉比例也随之下降。因此，近来年专家学者致力于藉由化学性键结来增进淀粉耐水性的方法主要分为交联反应、接枝反应与疏水性官能基接枝取代反应三大类。 图1淀粉与水键结合示意图 （1）交联反应 由淀粉的结构式可发现每一个淀粉单体都有两个以上的官能基可参与交联反应，当这些淀粉上的羟基官能基连结在一起后，可减少淀粉上羟基官能基与水分子以氢键连结的机会，并提升淀粉的耐水特性。与淀粉之交联反应多以醛类交联剂进行改性，反应如图2所示，在酸性环境下，淀粉羟基提供电子对与质子化醛类结合并移去质子，产生半缩醛。淀粉羟基再提供电子对与质子化半缩醛结合并移去质子，产生淀粉与醛类之交联产物。每一双醛分子最多可与四个淀粉羟基产生交联反应。 图2醛类交联剂反应机制 【作者简介】代丽（1979-），女，四川渠县人，助教。轻工科技 LIGHT INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY 化工与材料 2012年9月 第9期（总第166期） 可降解淀粉塑料的研究现状 代丽 （西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010） 【摘要】塑料造成的环境污染是困扰着全世界的难题，而生物可降解塑料是解决此问题的有效途径。主要阐述淀粉基生物可降解塑料的研究现况及应用发展趋势，并依照淀粉的化学特性介绍几种常见于淀粉的改性方法。从淀粉塑料的发展、降解机理、分类等方面阐述其发展趋势与应用前景，并提出未来可降解淀粉塑料的改进及研究方向。 【关键词】淀粉；可降解；淀粉改性；淀粉塑料 【中图分类号】TQ324【文献标识码】A【文章编号】2095-3518（2012）09－41－ 03