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全淀粉降解塑料的研究进展随着塑料产量的不断增长和用途的不断扩大,塑料带给人们便利的同时,也给环境带来大量的固体废弃物形成严重的白色污染,已成为世界性公害。
现行塑料制品的原料是不可再生资源———石油,而全世界的石油储量大约只能再用40多年。
发展非石油基聚合物,研制可在自然环境中降解的可再生资源代替石油生产塑料,已成为热门课题。
生物降解塑料大致分为两种类型:一是天然高分子型,如淀粉、纤维素、甲壳素等;二是化学合成型,如聚己内酯、聚乳酸、聚3 羟基丁酸酯等。
化学合成的降解塑料由于价格昂贵等原因限制了其发展。
在天然高分子中,淀粉来源丰富,取之不尽用之不竭。
淀粉在各种环境中均具有完全的生物降解性已被各国学者公认。
因此,淀粉降解塑料是生物降解塑料研究的重要方面。
1研究现状生物降解塑料是指在一定条件下,在能分泌酵素的微生物(如真菌、霉菌等)作用下可完全生物降解的高分子材料,可分为生物破坏性塑料(ｂｉｏｄｅｓｔｒｕｃｔｉｂｌｅｐｌａｓｔｉｃ)和完全生物降解塑料(ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｐｌａｓｔｉｃ)[1]。
我国20世纪80年代风行一时的淀粉填充塑料〔ｗ(淀粉)=7%～30%〕,即属于生物破坏性塑料,它只能淀粉降解,其中的ＰＥ、ＰＶＣ等不能降解,一直残留于土壤中,日积月累仍然会对环境造成污染,此类产品已属于淘汰型。
因此我国目前生产的此类淀粉基降解塑料大多是无意义的,真正有发展前途的是全淀粉塑料〔ｗ(淀粉)≥90%〕,其中添加的少量增塑剂也是可以生物降解的。
这类塑料在使用后能完全生物降解,最后生成二氧化碳和水,不污染环境,是近年来国内外淀粉降解塑料研究的主要方向[2～4]。
全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子结构无序化,形成了具有热塑性的淀粉树脂,因此又称为热塑性淀粉塑料。
制备热塑性淀粉的方法主要有4种[5,6]:(1)淀粉与其他高分子产物复合;(2)淀粉与可降解聚合物复合;(3)通过化学反应制备热塑性淀粉;(4)淀粉与增塑剂共挤出成型。
淀粉基塑料与食品包装安全性研究随着环保意识的增强，传统塑料制品对环境和人类健康造成的负面影响逐渐引起关注。
在这种情况下，淀粉基塑料作为一种生物降解替代品，受到了广泛的研究和应用。
然而，淀粉基塑料在食品包装领域的安全性引起了人们的关注。
本文将从淀粉基塑料制备、特性以及与食品包装的安全性进行综述研究。
一、淀粉基塑料制备淀粉基塑料是以淀粉为主要原料，通过添加塑化剂和增强剂进行加工制备而成。
淀粉可以来自多种植物，如玉米、马铃薯等，其具有广泛的可再生性。
塑化剂通常是低分子量的聚合物，如聚乙烯醇（PVA），用于增加淀粉的可塑性。
同时，为了提高淀粉基塑料的力学性能，可以添加增强剂，如纤维素、纳米颗粒等。
制备出的淀粉基塑料具有可降解性、可压缩性以及良好的加工性能。
二、淀粉基塑料特性1. 可降解性淀粉基塑料是生物降解塑料的一种。
与传统塑料相比，淀粉基塑料更易于分解和降解，降低对环境的污染。
在适当的条件下，淀粉基塑料可以在自然环境中降解成水和二氧化碳，并被微生物所利用。
这种特性使得淀粉基塑料成为一种可持续的塑料替代品。
2. 水溶性淀粉基塑料在接触水分后会发生水溶性增强，这是因为淀粉分子的水溶性导致的。
而传统塑料往往不能被水分分解，因此在处理和废弃时对环境造成较大的压力。
然而，水溶性也会导致淀粉基塑料在湿润环境中失去其结构和功能。
3. 力学性能淀粉基塑料的力学性能可以调控，可以通过添加增强剂和改变制备工艺来改善其力学性能。
然而，与传统塑料相比，淀粉基塑料的强度和耐热性较差。
这使得淀粉基塑料在某些应用领域上有限制。
三、食品包装安全性研究淀粉基塑料在食品包装领域的应用日益普遍，在确保食品安全的同时，也受到了更多的关注。
食品包装材料必须符合严格的安全标准，确保不会对食品品质和消费者健康造成损害。
因此，淀粉基塑料的安全性研究显得尤为重要。
1. 迁移性研究淀粉基塑料作为食品包装材料，其内部添加的塑化剂和增强剂可能会迁移到包装的食品中。
可降解塑料-淀粉塑料的研究与应用背景资料随着环境保护的呼声日益高涨以及塑料工业的不断发展，可降解塑料走进了人们的视线，并逐渐成为一类重要的高分子材料。
可降解塑料的意义所谓可降解塑料按其降解机理主要分为光降解塑料、生物降解塑料和光/生物双降解塑料。
而我们这里谈的淀粉塑料属于生物降解塑料。
即是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料。
淀粉塑料可以运用的可行性淀粉是刚性较强而又含有许多羟基基团的天然高分子，分子内又有许多羟基形成的氢键，它是由许多葡萄糖分子缩聚而成的高聚体，分子式为（C6H10O5）n，根据分子结构不同分为直链淀粉和支链淀粉两种。
直链淀粉可以溶解，聚合度约在100~6000之间，例如玉米淀粉的聚合度在200~1200之间，平均约800，而支链淀粉是不溶解的。
由于淀粉结构中含有大量羟基，因此，它的结晶度较大，一般玉米淀粉的结晶度可达39%，结晶度这样高的淀粉，其熔点不高，无法加工。
因此采用对淀粉进行接枝改性和引入各种增塑剂破坏淀粉的结晶度，使其具有可加工性。
淀粉塑料的研究当今世界对淀粉塑料的研究主要是对玉米-淀粉塑料的研究。
玉米淀粉是分布广泛、价格低廉的天然高分子化合物，是一种完全可生物降解的物质。
但淀粉单独制成的薄膜，质脆且遇水溶化，无实用价值，要制成有用的塑料制品，必须掺合其它物质。
经成型、加工满足需求的制品，生产的薄膜具有生物可降解性，用作农田覆盖而废弃后，即被土壤的微生物吞噬、分解、腐烂，在田地里自然损耗，不污染环境。
本研究使用的原料是玉米淀粉、乙烯一丙烯酸共聚物、氨水、尿素、水等。
其中玉米淀粉需用量占50%以上。
工艺路线为：1乙烯一丙烯酸共聚物的合成2配料3活性共混4螺旋式混料机混溶5挤压6吹塑。
淀粉塑料的应用，发展前景以及不足之处当前，世界上许多国家都在进行以“生物分解树脂”取代现有塑料包装的研究。
”玉米淀粉树脂”具有广阔的发展前景。
这种树脂是以玉米为原料，经过塑化而成。
热塑性淀粉基生物材料共混体系加工性能研究淀粉是种来源广泛价格低廉的天然高分子,具有较高的结晶度(20%~45%),淀粉分子之间氢键作用强,限制了分子链的运动,因此淀粉不具备热塑性加工的性能。
通过添加小分子的增塑剂,升温和混炼的外界物理因素下,可制备热塑性淀粉材料。
但是,热塑性淀粉存在着阻隔性能和机械性能不足,限制其单独作为材料使用。
本试验以马铃薯淀粉为原料,丙三醇(甘油),碳酰胺(尿素)为增塑剂、明胶为黏合剂,卡拉胶为增强剂,制备热塑性淀粉(Thermoplastic Starch,TPS)。
借助于扫描电子显微镜观察,旋转流变仪分析热塑性淀粉及其共混物的凝聚态结构和影响因素。
研究了增塑剂活性基团的不同对热塑性淀粉塑化性能、机械性能、流变性能、热力学性能、微观结构和热稳定性的影响。
用亲水性胶体对制备的热塑性淀粉进行热塑共混改性,通过添加明胶、卡拉胶改善热塑性淀粉性能。
结果表明天然淀粉通过温度、剪切力与小分子增塑剂的共同作用,使得颗粒结构逐渐消失,最终塑化成类似于塑料的均质结构。
增塑剂对淀粉热塑化作用取决于增塑剂分子结构,增塑剂的活性基团和分子量的大小。
随着增塑剂用量愈多,增强淀粉热塑化的作用愈显著,增塑后热塑性淀粉的拉伸强度降低,断裂伸长率增加,结晶结构被破坏。
甘油组分与尿素组分有不同的吸水过程和平衡吸水率,表现出吸水溶胀的现象,而尿素组分的吸水过程始终是吸水而溶解。
综合性能考虑选用20 wt%甘油增塑淀粉制备热塑性淀粉,此时材料的拉伸强度为8.2 MPa,断裂伸长率为25.6%。
明胶与TPS共混有利于改善韧性,同时也会增大的密炼机塑化时的平衡转矩。
共混物力学性能与明胶含量有关,总的来说,因二者相容性较好,共混物性能得到优化,加入明胶将增加TPS平衡吸水率和吸水速度,吸水率可达627.1%。
随着卡拉胶含量的增加,卡拉胶分子可以与淀粉形成更多的氢键,其结果使材料的拉伸强度得到提高,并且导致断裂伸长率逐渐变小。
热塑性淀粉材料的改性及生物医用探索的开题报告
一、研究背景及意义
热塑性淀粉材料（TPS）是由淀粉和塑化剂组成的一种生物降解材料，已经广泛应用于包装、餐具和一次性医疗器械等领域。
但是，TPS在生物医用领域的应用受到了很多限制，如机械性能不足、水解过快、降解物有毒等问题。
因此，对TPS进行改性以增强其性能，在生物医用领域中发挥更大的潜力就显得尤为重要。
二、研究内容及方法
本研究将从以下几个方面入手：
1. 增强TPS的力学性能：向TPS中引入增强剂、纳米材料等增强材料，改善其力学性能。
2. 控制TPS的生物降解行为：采用交联、表面改性等方法对TPS进行改性，控制其生物降解速率，保证其在医学领域的可控性和安全性。
3. 提高TPS的生物相容性：引入生物活性物质，如多肽、糖类等，强化TPS的生物相容性。
4. 研发新型TPS生物医用材料：生物降解的TPS具有良好的生物相容性和生物降解性能，可以用于研发生物医用材料，如组织工程支架、缝合线等。
三、预期成果及意义
本研究预计通过TPS的改性，提高其生物医用领域的应用性能，开发出具有良好生物医用性能的新型TPS材料，为生物医用领域提供新的解决方案，推动TPS在生物医用领域中的广泛应用。
热塑性淀粉的制备、性质及应用研究进展杨晋辉,于九皋＊,马骁飞(天津大学理学院化学系,天津 300072) 摘要:淀粉由于可降解、来源广泛、价格低廉、可再生而被认为是最具发展前景的生物降解材料之一,因此,热塑性淀粉材料的研究与开发备受关注。
本文综述了近年来热塑性淀粉材料的研究进展情况,内容主要涉及了热塑性淀粉的制备、性质和应用。
关键词:热塑性淀粉;生物降解材料;制备;性质;应用引言进入21世纪后,社会的可持续发展及其涉及的环境、资源和经济问题愈来愈受到人们的关注。
来源于石油产品的传统塑料正面临石油日益枯竭的资源问题和塑料废弃物对环境的污染问题,严重时还会影响到地球的生态平衡,因此可生物降解材料替代传统塑料已经提到日程上来。
据估计[1],地球上每年可以产生170×109t生物质,但仅有约3.5%的生物质被人类所利用,在所利用生物质中大概有62%用于人类的食品,而用于非食品领域(比如说化工领域)的生物质材料仅占到了5%。
由以上可知,天然聚合物数量巨大,可再生且再生周期较短,但被人类利用有限,所以对天然聚合物进行的研究开发还有巨大的空间,对此方面的研究不仅可以缓解资源问题,而且可以解决环境污染问题,如此则可实现人类的可持续发展。
淀粉是一种来源广泛、价格低廉、再生周期短且可生物降解的生物质,是最具发展潜力的天然生物可降解材料之一。
1 热塑性淀粉1.1 热塑性淀粉淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,天然淀粉微观形貌表现为颗粒状。
淀粉结构单元上存在大量的分子内和分子间氢键,因此,淀粉一般存在有15%～45%的结晶,由于其玻璃化转变温度与分解温度非常接近[2],所以淀粉本身不具有可塑性。
向淀粉中加入小分子塑化剂,淀粉分子间和分子内氢键被塑化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,淀粉表现出热可塑性,在高温剪切力(挤出,模压及注塑等)作用下,即可制得热塑性淀粉材料。
多种淀粉可以用于热塑性淀粉的制备,包括天然淀粉和由天然淀粉通过化学反应制备的改性淀粉。
淀粉基塑料四大类及其研究进展塑料制品正在被广泛应用于人们生产和生活的各个领域，塑料以其质轻、防水、耐腐蚀、强度大等优良的性能受到人们的青睐。
然而，大量废弃的塑料制品因为其不可降解性而带来了“白色污染”的困扰。
为此，从70年代以来，人们开始了对降解塑料的研究和开发。
淀粉作为一种天然高分子化合物，其来源广泛，品种繁多，成本低廉，且能在各种自然环境下完全降解，最终分解为CO2和H2O，不会对环境造成任何污染，因而淀粉基降解塑料成为国内外研究开发最多的一类生物降解塑料。
到目前为止，淀粉基降解塑料主要有填充型、光／生物双降解型、共混型和全淀粉塑料四大类。
淀粉的结构和性能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，其淀粉颗粒的形态，大小H以及直链淀粉和支链淀粉含量的比例都各不相同。
淀粉颗粒的粒径大都在15～100μm。
直链淀粉的葡萄糖以α－D－1.4－糖苷键结合的链状化合物，相对分子质量为(20～200)×104。
支链淀粉中各葡萄糖单元的连接方式除α－D－1，4－糖苷键外，还存在α－D－1，6－糖苷键，相对分子质量为(100～400)×106。
淀粉的性质与淀粉的相对分子质量、支链长度以及直链淀粉和支链淀粉的比例有关。
实验证明高直链含量的淀粉更适合于制备塑料，所得制品具有较好的机械性能。
天然淀粉分子间存在氢链，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(gelatinizedstarch)或叫解体淀粉(destructurized starch)。
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：一是使淀粉在含水大于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。
二是在水含量小于28％的条件下将淀粉在密封状态下加热，塑炼挤出，这时淀粉经受了真正的熔融。
热塑性淀粉的制备及其结构与性能的研究的开题报告
热塑性淀粉是一种可持续发展的生物基材料，具有优异的可降解性和可塑性。
为了开发更多应用于食品、包装、医药等领域的热塑性淀粉材料，其制备及结构与性能
之间的关系需要深入研究。
本项目将以玉米淀粉为原料，通过控制水解程度、添加改性剂和微量添加剂等方法，制备出具有不同水解程度和流变性质的热塑性淀粉材料，并对其结构和性能进行
系统的表征和分析。
具体的研究内容包括：
（1）优化热塑性淀粉的制备工艺，确定最佳的水解程度、添加改性剂和微量添
加剂的方案；
（2）采用X射线衍射、红外光谱、热重分析等手段，对制备出的热塑性淀粉材
料的结构、热稳定性、晶化度等进行定量分析；
（3）利用奥斯莫测定仪、拉伸实验仪等测试设备，对热塑性淀粉材料的流变性质、力学性能等进行实验测定；
（4）根据实验结果，探索热塑性淀粉材料的应用前景，从而为其在食品、包装、医药等领域的应用提供理论和实验基础。
预期达到的研究目标是建立具有一定规模的热塑性淀粉制备工艺，并深入研究其结构和性能，在实验室条件下获得不同应用领域中的可行性方案，从而为将来工业化
生产提供技术支持和科学依据。
