可降解淀粉塑料的现状（精选6篇）
可降解淀粉塑料的现状 篇1
河南城建学院
淀粉基可生物降解塑料综述
院 系：化学与材料工程学院
学 号：1024101 姓 名：
指导教师：雷佑安 张艳花
日 期：2014年01月02日
摘要
淀粉作为一种天然高分子化合物，其来源广泛、品种多、成本低廉，在自然环境下完全降解为二氧化碳和水，对环境不造成任何污染，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。本文详细介绍了淀粉基生物降解材料的性能，重点介绍了生物淀粉基降解塑料的国内外研究进展。
【关键词】淀粉基，塑料，生物降解
Abstract The starch is a natural polymer，and its wide variety of sources，varieties，low cost completely degraded in the natural environment as carbon dioxide and water，will not cause any pollution in the environment.Starch-based biodegradable plastics become the largest domestic and international research anddevelop a class of biodegradable plastics.This article introduces in detail the structure and biological properties of starch，starch-based focus on bio-degradable plastic research developments were briefly described.【Key Words】starch，plastics，biodegradation
目录
1.引言...........................................................................................................................1 2 淀粉基生物降解材料简介........................................................................................2 2.1 淀粉基生物降解材料的定义.........................................................................2 2.2 降解机理.........................................................................................................2 2.3淀粉基生物降解材料的优良性能..................................................................3 2.4 淀粉基生物降解塑料分类.............................................................................3 3.国内外研究进展.......................................................................................................4 3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................4 3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................5 4.存在的问题及展望...................................................................................................6 5.参考文献...................................................................................................................7
1.引言
随着塑料产量的迅速增长，废弃塑料的后处理及造成的环境污染越来越受到各国的关注。美国、欧共体和日本年产塑料垃圾分别为1300 万吨、450 万吨和6.5 万砘。塑料垃圾造成的环境污染已成为全球性的问题。
意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已立法禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料或课以附加税。我国的一些城市也已作出规定，禁止使用非降解的一次性使用快餐盒。
开发降解塑料是解决塑料污染的一个有效途径。
自1973 年Griffin首次获得有关表面改性淀粉填充塑料的专利以来，淀粉基生物降解塑料迅速发展，是目前应用最广泛的一种生物降解塑料。
淀粉基生物降解材料简介
2.1 淀粉基生物降解材料的定义
淀粉含量在51%以上的制品即称为淀粉基制品。所谓“淀粉基生物降解材料”是采用植物淀粉为主要原料，经过化学和物理工艺方法将其改性并塑化，经挤压、成型后制成的制品。淀粉基生物降解材料产品主要成分是可生物降解天然高分子淀粉，在微生物的作用下分解为葡萄糖，再分解为水和二氧化碳，对环境没有任何污染。[1]
淀粉基生物降解塑料已有 30 年的研发历史，是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。淀粉与 PE、PP、PVA、PCL、PLA 等聚合物共混粒料已批量生产。[2]
2.2 降解机理
生物降解材料的降解机理就是材料被真菌、霉菌和细菌等作用消化吸收的过程。[3]一般认为生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化学作用，同时伴有其他物理化学作用，如水解、氧化等，这些作用相互促进，具有协同效应。
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黏附，黏附表面的方式会受到高分子材料表面张力、表面结构、多孔性、温度和湿度等因素的影响；（2）微生物在高分子表面分泌的酶的作用下，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）微生物吸收或消耗小分子化合物，经过代谢最终形成CO2、H2O。
降解过程除以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀高分子后，细胞增大致使高分子材料发生机械性破坏。[3]
2.3淀粉基生物降解材料的优良性能
淀粉基生物降解材料产品具有机械强度好、柔韧性强、抗冲击强度高、耐温性强、耐水、耐油、不软化、不变形和可塑性强等特点。它具有实用性、安全性、经济性及可降解等优势，在工业上可以代替一般通用塑料等，可以用作包装材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等，而且淀粉基降解材料制品可降解、可回收利用，处理成本远远低于塑料制品、纸制品。
由于淀粉具有优良的生物降解性能，淀粉环境降解型塑料在特定的环境下，引起某些结构组成损失，其化学结构能够在较短的时间内发生明显的变化的一类塑料，在21世纪淀粉基塑料将会是一类应用极其广泛的“功能聚合材料”。[4]
2.4 淀粉基生物降解塑料分类
淀粉基生物降解塑料可分为填充型淀粉基塑料和完全生物降解淀粉塑料。填充型淀粉基塑料〔w(淀粉)=7%～30%〕，即属于生物破坏性塑料，它只有淀粉降解，其中的 PE、PVC 等很少降解，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。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。[5]
3.国内外研究进展
3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展
我国在20世纪90年代初就开展了全淀粉基热塑性塑料(TPS)的研究。但仍然存在着耐水性和可塑性较差，生产成本较高等问题。为此，近年来淀粉基生物降解塑料仍然是研究的热点。
李仁焕等以以甘油为增塑剂，木薯淀粉为原料然后加入 PLA 或 PCL 中熔融共混制备出热塑性淀粉/聚乳酸-聚己内酯生物可降解高分子共混材料，对淀粉进行塑化处理得到易于加工的热塑性淀粉（TPS），将 TPS加入聚乳酸-聚己内酯共混来制备生物降解材料，不仅可降低材料的成本提高其降解性能，还可以解决日益严重的环境污染问题缓解石油资源的压力。甲基丙烯酸甲酯接枝乙烯辛烯共聚物（GPOE）用作增韧剂来进一步改善PLA/TPS。
纪敏等通过对淀粉预处理、PVA 预处理以及共混塑料的加工过程三个方向来进行淀粉 /PVA 可生物降解塑料的研究，来缩短制品的生物降解周期以及如何更好地满足环境和使用要求。
[7]
[6]武战翠等通过高碘酸钠对玉米淀粉进行氧化改性，用流延法制备了双醛淀粉(DAS)基可完全生物降解塑料薄膜。研究了各组分的含量对DAS基复合薄膜的力学性能和耐水性影响。采用傅立叶红外光谱任TIR)、扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、热重分析(TG)对复合材料的结构及性能进行了表征。结果表明，经添加黄麻纤维后，由于其表面具有较多的轻基，能够促进DAS与PVA的共混相容性，在提高力学性能的同时，也改善了复合材料的耐水性。
黄明福等用氨基乙醇活化蒙脱土(EMMT)，然后再与甲酰胺/氨基乙醇塑化的热塑性淀粉(FETPS)经熔融插层聚合，成功制备了FETPS /EM2MT生物降解纳米复合材料。通过广角X射线衍射、扫描电镜和透射电镜研究表明，FETPS可以成功地插入EMMT片层结构间。当EMMT含量为5%时，纳米复合材料的力学性能均优于纯热塑性淀粉塑料，拉伸强度达到7.5 MPa，弹性模量增至145.1 MPa，其热稳定性和耐水性也有较大地提高。
以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体树脂，以淀粉为填料对PBS进行填充改性，淀粉颗粒作为填充物加入到PBS中，起到了类似于无机填料增强的作用。[8]
唐玉邦等采用改性淀粉，MAH-g-PE、弹性粒子及增塑剂与PE-LLD，改善淀粉与PE-LLD的相容性，成功开发淀粉含量达到70%的生物降解材料。[9]
张鑫等研究了聚乙二醇(PEG)用量对淀粉-PLA 原位熔融接枝反应的影响以及淀粉/PLA 可降解材料的力学性能和耐水性
能，结果表明：PEG 能有效地提高淀粉接枝率，改善淀粉与 PLA 的界面相容性和黏结效果，同时提高了淀粉/PLA 材料的拉伸强度和耐水性能。[10]
3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展
Xue将淀粉和聚乳酸混合之后，再将甘油加入到混合物中，得到了机械性能较好的生物降解材料。[11] Ying Wu等利用琼脂和马铃薯淀粉制备了甘油基薄膜，并对其性能进行了测试。红外光谱分析表明:在二者之间存在着分子间氢键作用。淀粉和琼脂是相容的。薄膜为非结晶结构。琼脂的加入有效改善了淀粉薄膜的微观结构，进而提高了材料的机械力学性能和潮湿环境下的水蒸气渗透性。有望拓宽马铃薯淀粉薄膜在食品包装领域的应用前景。[12]
Pengwu Zheng等利用乳酸和乙二胺合成了2-羟基-N-[2-(2-羟基-丙酰)-乙基]丙酰胺(HPEP)，与甲酰胺混合制成复合增塑剂，制备了热塑性淀粉。红外光谱结果表明:复合增塑剂能够与淀粉的C-O形成化学键作用。扫描电镜观察显示甲酰胺和水分的存在更有助于甲酰胺/HPEP /水形成均相体系。XRD分析显示甲酰胺和HPEP可以有效抑制淀粉重结晶。TPS在相对湿度为50%条件下保存50天后，结果表明:初始水分对淀粉重结晶行为没有影响。TPS的力学性能和耐水性均得到改善。[13]
4.存在的问题及展望
淀粉降解塑料有优异的降解性能，在1个月到1年的较短时期内完全降解而不留任何痕迹，无污染。但也有许多不足，如价格太高，防水性太差，该技术一直是难题，而耐水性恰恰是传统塑料在使用过程中的优点，且其力学性能、强度及柔韧性都不如通用塑料等，所以制备复杂形状和厚度大的制件是困难的。再次，国内外均无统一认可的定义、评价方法和标准。主要由于降解塑料的降解性能制约因素很多，各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异，要建立起统一、完整的评价方法还需时间。
淀粉降解塑料主要开发趋势为，研究高效价廉的生物诱发剂、降解促进剂、光敏剂，开发准时可控性环境降解塑料。对全淀粉生物降解塑料进一步开发。随着全生物降解塑料生产工艺的进步、产品性能的改善和生产规模化成本的下降，我们相信全淀粉生物降解塑料产品将在塑料应用中占有一席之地，为清除塑料造成的污染和发展农村经济作出应有的贡献，造福人类。
5.参考文献
[1].郭振宇.淀粉基降解塑料的研究进展[J]，塑料剂，2011，(6):16-20 [2]雷克鸿.生物降解塑料市场需求惊人[J]，中国食品，2011(6):1-2 [3] 刘伯业，陈复生，何乐.王红娟可生物降解材料及其应用研究进展[J]，塑料科技2010.38(11).[4] 张欣涛.可降解塑料的研究进展及其评价标准现状分析[J].质量技术监督研究，2009(2):9-12.[5]王洪涛，冯建阔.淀粉基生物降解塑料的研究进展[J]，河北化工，2009，32（6）：32-34 [6].李仁焕.聚乳酸_聚已内酯/热塑性淀粉全降解共混材料的制备及性能研究[J]，广西师范学院，2012.[7].纪敏.淀粉/PVA可生物降解塑料的研究进展[J]，2012，40(7):5-8.[8]何秀芝.可生物降解PBS/淀粉复合材料的制备和性能研究[J].郑州大学，2011.[9].唐玉邦，徐磊.淀粉基生物可降解薄膜的制备及性能研究[J].2013，27(6)：70-74 [10].张鑫，曾武，黄兰清，等.原位熔融接枝淀粉/PLA 生物 可降解材料性能研究[J].塑料工业，2009，37(11):45-47 [11].Xue S W[J].J Polytn Environ，2011，19：912-917 [12].WU Ying，GENG Fengying，CHANG P R，et al.Effectof Agar on the Microstructure and Performance of Pota-to Starch Film[J].Carbohydrate Polymers，2009，76(2):299-304.[13].ZHENG Peng-wu，CHANG P R，YU Jiu-gao，et al.For-mamide and 2-hydroxy-N-[2-(2-hydroxy-propionylami-no)-ethyl] Propionamide(HPEP)as a Mixed Plasticizerfor Thermoplastic Starch[J].Carbohydrate Polymers，2009，78(2):296-301.
可降解淀粉塑料的现状 篇2
关键词：填充型淀粉塑料,聚乳酸淀粉塑料,聚乙烯醇淀粉塑料,聚己内酯淀粉塑料,全淀粉塑料
20世纪30、40年代以来, 随着聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、高压聚乙烯的合成, 塑料就因其质轻、强度大、耐磨损等优良性能而被广泛应用到各行各业。每年有数百万吨的塑料产品被生产出来而变成垃圾。由于塑料制品大多性能稳定、难以降解, 不仅对环境造成日益严重的影响, 而且会阻碍经济的可持续发展。在此背景下可降解塑料得到了迅速发展。
淀粉作为一种天然高聚物, 因其易得, 价廉, 无毒可降解性而使淀粉基塑料成为当今研究的热点。淀粉基塑料作为一种可再生材料已经被研究40余年, 主要分为3个阶段:第1个阶段主要是在PP、PE等传统塑料中加入少量的淀粉来达到降低成本、增加塑料的可降解性的目的, 即淀粉填充型聚合物;第2个阶段是随着环保意识的进一步提高, 填充型淀粉塑料不再能满足低成本、可降解等要求, 增加淀粉在塑料中的含量, 以及增加淀粉和第2组分之间的连接, 制备了可降解淀粉基塑料;第3阶段为全淀粉型塑料阶段, 全淀粉型淀粉塑料是可完全降解的塑料, 因其成本和性能的问题有待进一步提高, 目前还基本处于研究阶段, 在未来的很长一段时间, 和可降解淀粉基塑料一样, 将成为研究的重点。
1 淀粉填充型聚合物
自1973年Griffin提出表面改性淀粉填充塑料的专利以来, 淀粉作为塑料中的填料已研究40多年[1]。填充型淀粉的制造工艺为用熔融混合的方法将淀粉颗粒填充到通用塑料中, 这种方法制备简单, 工艺成熟[2]。
在淀粉填充型产品中主要是以聚乙烯为代表的石油基塑料中填充淀粉颗粒, 随着淀粉含量的增加, 塑料的可降解性能增强, 力学性能降低。Wang等[3]将不同量淀粉填充到低密度聚乙烯中, 研究表明:随着淀粉含量的增加, 断裂伸长率, 抗张强度, 屈服应力都随淀粉填充量的增加而降低, 而且几乎都低于理论值。分析其原因, 主要是由于淀粉与聚乙烯之间没有很好的相容性。
2 淀粉基可完全降解塑料
淀粉基可完全降解聚合物主要是指淀粉与其他可降解材料共聚或者共混而形成的聚合物。在能保证聚合物的性能的情况下, 尽量提高淀粉添加量, 以降低共混聚合物的成本。目前可以淀粉共混或共聚的可完全降解的聚合物主要有聚乳酸 (PLA) 、聚己内酯 (PCL) 、聚乙烯醇 (PVA) 等。这些聚合物价格较高, 单独使用限制了他们的应用范围。而淀粉资源广泛、价格较低, 易于改性, 将淀粉和可完全降解的聚合物混合, 有望能开发出具有巨大有潜力的新材料。
2.1 淀粉和PVA混合
PVA是世界上产量最大的合成的水溶性的聚合物, PVA具有优良的光学以及物理化学性能, 但其价格较高[4]。Lee等[5]将等量的淀粉分别加到PVA和聚低密度PE中, PVA复合物的抗张强度降低0.74%, 而低密度PE复合物的抗张力强度降低10.9%。同时Ramaraj等[6]的研究表明, 随着淀粉含量的增加, 材料的拉伸强度、断裂伸长率降低。
Lee等[7]研究木薯淀粉和PVA材料混合时, 发现有协同作用, 混合材料焓值高于理论值, 表明在木薯淀粉和PVA之间有很强的化学键形成。然而由于协同作用的机理未能阐述明了, 继续增加PVA的含量提高材料的性能也只是理论值, 在未来的一段时间内, 在机理上阐述清楚协同的原因, 进一步探索合适的催化剂、加入合适的第三相等等则是发展的主要方向。
增塑剂的使用同样有助于淀粉-PVA聚合物性能的改善。Park等[8]用柠檬酸、甘油、山梨醇作为在淀粉-PVA中的增塑剂时, 发现柠檬酸具有更好的增塑作用。可能是因为柠檬酸同时含有羟基和羧基, 有更多的羟基结合位点。高翠平等[9]使用柠檬酸和甘油作为复合增塑剂使淀粉塑化之后和PVA复合成膜, 制备的复合膜与未使用增塑剂的膜相比在力学性能、热力学性能、耐水性上都有一定的提高。
Xiong等[10]则在淀粉/PVA中加入纳米SiO2颗粒, 与没有添加纳米SiO2颗粒的材料对比, 膜的结晶度降低, 断裂伸长率、拉伸强度、透光率增加, 水分吸收率下降。发现在纳米SiO2颗粒与基底材料间形成氢键从而降低了淀粉颗粒间分子间氢键的形成。Wang等[11]也做了将纳米SiO2颗粒加入到薄膜中, 也证实了Xiong等得出的结论。Hao等[12]在用淀粉/PVA共混物中, 加入蒙脱土纳米颗粒, 而且蒙脱土在质量分数从0到5%的过程中, 复合材料的力学性能明显提高, 证明蒙脱土在复合材料中起到物理交联点的作用。而且近年来, 在复合材料中加入蒙脱土、高岭土等物质能提高材料的性能已经逐渐成为研究的热点, 对其机理的进一步阐述成为复合材料前进的一个必经之路。
2.2 淀粉和聚乳酸 (PLA) 混合
PLA作为一种传统塑料的代替材料, 因其完全降解和可再生资源利用, 在过去的十年中已经得到了广泛的重视。然而因其成本价格较高而应用受到限制。因此把淀粉和PLA混合是制备最有前景的塑料之一。Ke等[13]研究了淀粉和PLA的混合中成型方式对其机械性能的影响。用双螺旋挤出机挤出, 采用两种成型方法:模压成型, 注射成型。研究发现模压成型比注射成型有着更低的吸水值, 而且模压成型与注射成型相比有着更大的结晶性。然而注射成型与模压成型相比有着更高的拉伸强度、断裂伸长率。因此应根据需要不同而采取不同的成型方式。
2.3 聚己内酯 (PCL) 和淀粉混合
PCL可由阳离子、阴离子或者是自由基开环聚合而成。PCL是半结晶性的聚合物, 随着分子量的增加结晶度降低, 在海洋、污水污泥、土壤、堆肥生态系统中都可完全降解。而因其具有生物降解能力和生物相容优良的性能, 已经吸引了很多研究者的研究[14,15]。利用价格低廉的淀粉材料来掺混聚己内酯仍然是未来研究的重点。
Sugih等[16]首先用六甲基二硅氮烷对淀粉进行硅烷基化处理, 使之亲水性降低, 之后己内脂通过开环聚合接枝到硅烷基化的淀粉上, 得到产物可以通过温和的酸解移去硅烷基化基团得到PCL和淀粉的共聚产物。Kweon等[17]则对淀粉先进行氯化以提高淀粉与PCL的相容性, 利用高取代度的淀粉在碱性溶液中进行反应, 通过化学反应, 淀粉和PCL之间的相容性增加, 从而制备性能较高的混合材料。Luigi等[18]利用球磨来提高聚合物和淀粉体系相容性, 得到机械性能较好的淀粉-PCL-粘土混合物。
3 全淀粉型塑料
在过去的20年中, 科学家们致力于把淀粉制备为热塑性淀粉 (TPS) 。TPS是指淀粉在一定量的增塑剂的作用下, 经过加热、机械力的作用, 破坏其原有的分子结构的条件下形成的材料。热塑性淀粉分解后, 可以作为有机肥料被吸收。不会对环境产生任何有害的影响。
然而TPS有着自身难以避免的缺点: (1) 易回生; (2) 机械性能较差; (3) 使用过程中容易受到环境的影响, 尤其是水分的影响。
Roz等[19]对不同种类的增塑剂的增塑作用进行了研究得出, 一元醇或者高分子量的多元醇难以起到增塑剂的作用, 相对而言分子量较小的乙二醇和山梨醇可以起到增塑剂的作用。Mali等[20]用不同多元醇增塑剂对热塑性淀粉吸水率和机械性能的研究发现增塑剂种类和用量对淀粉膜的亲水性影响很大。P6vi等[21]研究则认为水比甘油有更好增塑效果, 但甘油能影响热塑性淀粉的玻璃化转变温度。
以上研究都使用多元醇作为增塑剂, 这些热塑性淀粉在储存一段时间后出现重结晶, 使之变脆, 缺乏弹性。近年来的研究热点则是倾向于利用酰胺类增塑剂解决这个问题。Ma等[22]又对尿素和乙醇胺做混合催化剂进行了研究发现这个增塑剂与传统的增塑剂甘油相比, 是更有效的增塑剂。Zhang等[23]用脂肪类酰胺和甘油做混和增塑剂时, 混合材料拉伸强度以及断裂伸长率都有提高, 对水的抵抗力也有所提高, 但是得到的材料对水依然较敏感。
而在热塑性淀粉中加入蒙脱土纳米颗粒等硅酸盐材料, 是近年来研究的热点。蒙脱土作为一种具有纳米级片层结构的硅酸盐矿物, 能够以单个片层的形式无序分散到淀粉塑料中, 形成剥离型的复合结构, 将能够有效改善淀粉塑料的耐吸湿性, 同时也能提高材料的热稳定性、韧性以及阻隔性能[24]。Wang等[25]对热塑性淀粉/甘油改性的蒙脱土纳米淀粉复合材料进行研究发现:甘油可以增大间隔、破坏蒙脱土的多层结构, 淀粉热塑性基底和增塑剂在和蒙脱土颗粒形成交联时具有竞争性, 可能会降低热塑性淀粉的热塑性。
4 淀粉基塑料发展前景的展望
淀粉来源广泛、价格低廉, 无论是作为填充材料用于改性其他高分子塑料, 还是本身作为高分子材料制备可降解塑料的研究一直以来都受到众多研究者的关注。然而在填充型淀粉塑料中, 淀粉作为固体颗粒填充物, 并不能对混合材料的性能有任何提高, 随着填充量的增大, 聚合物性能显著降低。而且可降解部分十分有限, 并不能真正达到环保要求。淀粉和聚PVA、PLA、PCL等一些可降解的高分子聚合物混合制备可完全降解的聚合物, 是一个值得大力发展的淀粉基塑料的方向。这类聚合物具有可取代的羟基结构和氢键存在, 淀粉或者是变性淀粉与它们的混合不仅仅是物理过程, 其共混物的性能更加优良。添加增塑剂或者是其他有机无机材料还能制备出特殊功能要求的完全可降解材料, 甚至于实现可控的精确降解材料。未来很长一段时间则应致力于成本的降低、性能优化、功能多样以及降解时间的控制方面的研究开发。
可降解淀粉塑料的现状 篇3
经过一系列的运输包装测试，美国Great Northern包装公司为该电子产品提供了一个安全可靠的运输包装解决方案。在该方案中，外包装盒由重型瓦楞纸板制成，强度高且可回收。缓冲垫由玉米淀粉基发泡塑料制成，具有较好的缓冲减震性能，还能承受多次冲击，即便是运输环境发生较大变化时，它都能为内装物提供足够的保护。另外，该缓冲垫通过了A级表面耐磨测试，不会划伤或擦伤数码设备表面。可防静电、可回收且满足ASTM D 6400-04可降解标准也是这款缓冲垫的优点。
环保层面的优势使得玉米淀粉基缓冲衬垫获得了经济层面的收益，它不需要缴纳任何关税，而采用EPS、EPE包装材料的产品有时还需要向一些国家缴纳关税。
在塑料的生产过程中，添加物虽然不是构成塑料的主要成分，但它的添加可以降低塑料的生产成本。不过，在保证不影响塑料外观及性能的前提下，现有的塑料添加物只能达到5%～10%。
HTPG，新型环保塑料粒，是台湾塑料科技的研发成果。其主要原料为玉米秸秆，燃烧值低、燃烧时低烟且焚化后不结块，可完全变成粉末。在不改变塑料成品性能的前提下，相比市场现有的塑料添加物，HTPG的添加量可以达到30%～50%，极大地节约了塑料制品的生产成本。HTPG几乎可与PP、PE、PS、ABS等现有的所有塑料原料混合使用，且在适当比例添加下，对塑料成品的强度、韧性等性能指标无任何影响。此外，其也能适应包括射出、吹袋、吸塑、淋膜、吹压、拉丝、挤压等在内的各种生产工艺。
HTPG的价格远远低于新料甚至一级回料的价格，成本优势明显。此外，HTPG的添加还能缩短10%的生产时间，使产能得到明显提高。
据悉，这款产品已在市场应用多年，很早便取得了美国、日本、巴西等国的市场准入许可，正以极快的速度改变着这些国家和地区塑料生产行业的格局。目前该产品已进入中国大陆市场。
可降解淀粉塑料的现状 篇4
一种新型糖基塑料的出现可以让你利用土豆皮或蛋壳制造食品包装材料。英国帝国理工学院的Charlotte Williams领导的一支工程科学团队已经发明一种可降解的物质, 这是一种糖基聚合物, 从纤维素中提取而成。他们并非首个研制出“环保塑料”的研究团队, 之前, 已经有很多科学家从甜菜, 玉米纤维物中研制出了这种塑料。
英国帝国理工学院研究者说, 糖基塑料可以在庭院中甚至人体内部降解。例如, 过去几年, Cereplast已经研制出一种可降解的纸杯, 它是由玉米淀粉制成。该机构还用玉米淀粉物质造出了环保餐具、刀子、食物包装袋, 甚至环保塑料玩具。2007年, Metabolix宣布联合农业巨头ADM开始生产一种淀粉塑料。丹麦一家公司Agroplast正在致力从动物尿液中提取可以生产塑料产品的物质。
帝国理工学院从纤维素中提取了糖基物质, 这些物质可以从木工废料, 牧草以及农业废物中找到。这种塑料更神奇之处在于, 它能够迅速吸水排水, 对土壤或者人体不会造成污染。除了可以用于食物包装外, 这种材料无毒的特性还可以用于医疗器具上。如果企业能够使用这种新型塑料, 将对环保大有益处。
生物可降解塑料制作新方法 篇5
IBM研究人员已经发现一种利用植物制作生物可降解塑料的新方法, 这种生物基塑料可替代石油基塑料以及不利于环境的其他塑料制品, 有利于保护环境, 节省能源。
这种新方法使用有机催化剂, 能够产生明确的生物所能分解的分子, 而这些分子均由可再生资源制成。使用有机催化剂制作生物基塑料这一新突破意味着, 塑料用品可重复使用, 这一点是使用金属氧化物催化剂制成的塑料无法比拟的, 而我们现在的普通塑料制品只能使用一次。有机塑料还可以被制成生物相容的用品, 以便增强靶向药物在人体内的疗效, 如用于治疗癌症的内服药物, 这些药物的目的是在杀死癌细胞的同时保留健康细胞。
科学家们还在研究将这项成就用于食品和饮料包装上, 使得用于包装食品和饮料的塑料用品得以再利用。这一研究有助于解决食品和饮料公司面临的最大挑战, 即设计环保包装。
可降解淀粉塑料的现状 篇6
但是纯PBS由于主链比较规整,其结晶度高,而且生产成本相对其他通用塑料以及PLA等较高。因此,为了能扩大和推广PBS的实际应用,尤其是在包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜等领域[6,7]的应用,必须对PBS进行共聚或者共混改性,使其在性能上符合使用要求,而且成本上接近通用塑料PE、PP以及PVC等。而PBS与天然可降解高分子材料(如淀粉、木质素、秸秆、壳聚糖以及各种棉麻纤维等)的共混改性不仅可以保持共混后的复合材料具有可降解性,而且可以有效地降低成本,同时又能充分利用天然高分子材料,既绿色又低碳环保。
PBS与天然可降解高分子材料的共混改性最大的问题是PBS与天然可降解高分子材料由于结构上的差异导致二者不相容,要想发挥PBS树脂的基体作用,同时发挥各种棉麻纤维的增强作用或者尽可能提高天然可降解高分子材料的填充量,必须对天然可降解高分子材料进行改性使得其与PBS相容。本文就PBS与天然可降解高分子材料的共混改性展开综述,对各种改性方法对共混后的材料力学性能、热学性能以及就降解性能的影响作了总结,对PBS与天然可降解高分子材料的共混发展前景作出展望。
1 淀粉与PBS的共混改性研究
淀粉是最常见的天然可降解高分子材料,来源广泛、价格便宜,而且降解产物CO2 和H2O对环境没有污染,还可以通过光和作用循环利用。淀粉与PBS共混不仅可以降低成本,而且淀粉的加入还可以提高PBS的弹性模量。由于淀粉和PBS结构上的差异,二者直接共混时两相相容性较差,导致复合材料的综合性能不佳。
Lai S M等[8]将糊化淀粉和原淀粉分别与PBS双螺杆挤出发现:淀粉糊化后与PBS的共混由于相容性的提高,拉伸强度、断裂伸长率都好于原淀粉和PBS的共混。淀粉的加入,材料的结晶度由于淀粉作为成核剂促进PBS的结晶而升高。熔点和玻璃化温度随着淀粉的加入略有降低。
Zeng Jianbing等[9]将甘油和淀粉混合制的热塑性淀粉(TPS),研究TPS与PBS的共混。同时为了提高TPS和PBS的相容性,将PBS与二异氰酸酯反应活化得到端基为NCO的PBS(RPBS)。与PBS和TPS直接共混相比,添加RPBS的材料力学性能显著提高,RPBS含量为10%时,材料的拉伸强度可以提高10倍。随着RPBS含量的提高,材料的疏水性大大的增强。共混合材料力学性能和疏水性的提高对于实际应用有重要意义。
Lin Ning等[10]研究了纳米淀粉晶、纤维素晶分别与PBS共混。其中当纳米淀粉晶的含量为5%时复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均高于纯PBS,而且纳米淀粉晶在PBS结晶过程中充当成核剂的作用,促进的PBS的结晶。
李陶等[11]以甘油作为增塑剂,采用玉米淀粉与改性后的聚丁二酸丁二醇酯( PBS)熔融共混制备出淀粉/PBS共混材料,并对其微生物降解性能进行研究。共混物降解28天后,含有30%PBS的共混物质量损失达到35%左右,其力学性能只有降解前的20%,甘油含量减小和PBS含量增加均能减缓材料的降解。
酒永斌等[12]的研究表明:通过在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/ 淀粉合金中加入PBS-g-MAH,改善合金材料的力学性能;同时通过“一步法”挤出改善材料的力学性能。当体系中含有5%接枝物时,合金的拉伸强度相对于不加助剂提高68%,冲击强度提高70%;当MAH加入量为PBS的1%时,其拉伸强度提高约94%,冲击强度提高143%;体系的相容性也得提高,合金的熔点也发生了不同程度的变化。
谢刚等[13]利用二甲基亚砜(DMSO)较强的分子缔合作用改善了醋酸酯淀粉的可塑性,形成了热塑性淀粉(TPS),然后用TPS改性聚丁二酸丁二醇酯(PBS )。TPS质量百分含量为20%、DMSO含量为30%、偶联剂含量1%时,降解材料的力学性能最好。TPS含量30%的降解材料经3个月的时间,降解失重率可达66.88%,达到了降解目的。
杨彪等[14]以水和甘油为增塑剂,将玉米淀粉与聚丁二酸丁二醇酯( PBS)直接湿法共混得到母粒,流延制备PBS/淀粉薄膜。甘油∶水为1∶2,增塑剂用量为淀粉的15%时,薄膜的横纵向拉伸强度在淀粉含量为11.5%时最高,此时横纵向断裂伸长率分别较纯PBS薄膜提高了147.2%和51.3%,横纵向直角撕裂强度分别提高了160.8%和57.3%。在淀粉填充量高达25%和30%时,薄膜横纵向拉伸强度仍分别可以满足GB/T 4456-1996“包装用聚乙烯吹塑薄膜”中规定的A类优等品和合格品的要求。该薄膜材料在满足食品等包装使用需求的同时,有效地降低了成本,并且可以完全生物降解。
高山峻等[15]通过2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)与淀粉纳米晶(NST)在有机溶剂中的接枝反应制备了TDI改性淀粉纳米晶( NTST),然后将其与聚丁二酸丁二醇酯( PBS)熔融共混制备了PBS/NTST 复合材料。改性后的淀粉纳米粒子具有亲油性、低表面能的特点。少量的改性淀粉纳米晶,可以提高PBS材料的拉伸强度、弹性模量和热稳定性,这对于拓展PBS应用范围具有重要意义。
2 PBS与其他天然可降解高分子材料的共混
PBS与木质素、秸秆、壳聚糖以及各种棉麻纤维等的共混不仅可以拓宽PBS的应用领域,而且还可以充分利用自然界的各种天然可降解高分子材料。
M.Z.Ahmad T hirmizir等[16]将洋麻纤维和PBS通过模压的方式复合,研究洋麻纤维含量10%~40%时对材料的弯曲和冲击性能的影响。弯曲模量随着洋麻纤维的含量的提高逐步增加,而弯曲强度在洋麻纤维含量30%时达到最大值。由于洋麻纤维的刚性,随着添加量的增加导致冲击强度大幅度的下降。洋麻纤维的含量为30%时,10mm直径的洋麻纤维的弯曲和冲击性能最好。
Zhou Weihua等[17]用溶液共混的方法将PBS和二醋酸纤维素酯(CDA)混合后制得薄膜。由于PBS和醋酸纤维素之间存在氢键,PBS的结晶收到限制,导致拉伸强度和杨氏模量都下降,而断裂伸长率则有所提高。同时,CDA的加入提高了PBS的亲水性。
Nie Shibin等[18]将PBS和竹纤维熔融共混,并加入阻燃剂多磷酸铵(MCAPP)。结果显示,加入阻燃剂MCAPP的材料在燃烧过程中表面形成连续密实的焦化层可以阻止火焰区和基底材料的热交换,以及氧气和其他气体的扩散。MCAPP的阻燃效果要好于Mg(OH)2和Al(OH)3。
张敏等[19]采用水煮和微波处理秸秆纤维与聚丁二酸丁二醇酯( PBS)进行共混改性,热压得到秸秆纤维/PBS复合材料。结果显示:水煮工艺为煮沸30min 2次,微波处理工艺为微波连续处理15min时为最佳工艺; 微波连续处理15min得到的秸秆纤维比水煮处理后的更为疏松,比表面积更大,同时得到的秸秆纤维/PBS复合材料综合性能良好,并且在硬脂酸质量分数约为3.5%时复合材料的力学性能最优。
谭斌等[20]采用连续式蒸汽爆破法对棉皮纤维进行预处理,将其与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行共混,制备了PBS/棉皮纤维复合材料。经蒸汽爆破处理后,棉皮纤维直径变小,比表面积变大,在PBS基体中分散均匀;棉皮纤维的存在改变了PBS的熔融峰值温度,提高了其结晶度;与纯PBS相比,PBS/棉皮纤维复合材料在高温条件下的热稳定性得到改善,维卡软化温度和弯曲强度提高。
李展洪等[21]利用蒸气爆破预处理剑麻纤维(SESF)作为增强体,通过模压成型制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/SESF复合材料。结果表明,随着SESF质量分数的增加,复合材料的拉伸强度先增大后减小,在SESF质量分数为30%时达到最大值,比纯PBS的提高了15.5%; 弯曲强度和弯曲模量均随剑麻纤维质量分数的增大而提高,其中弯曲强度在SESF质量分数为30%时的比纯PBS的提高了132.5%;断裂伸长率和冲击强度随着SESF质量分数的增加而降低。
包乐等[22]将与PBS相容性良好的聚合物聚乙二醇甲基丙烯酸甲酷(PPEGMA)接枝到竹纤维表面,改性后的竹纤维与改性前的竹纤维分别与PBS进行熔融挤出共混,并注塑成型。含有改性竹纤维的复合材料相比于改性前其拉伸性能,弹性模量,断裂伸长率都有所提高,其中含有5%竹纤维的PBS/BF-PPEGMA的弹性模量提高到 318.6MPa;PPEGMA链段的存在增强了BF和PBS之间的相互作用,导致PBS链段更为柔韧,结晶温度更高。
Lin Ning等[23]将木质素磺酸钙与PBS熔融共混制的一种新的可降解材料。木质素磺酸钙的加入使得PBS的亲水性增强,而且材料的降解速度加快:木质素磺酸钙提高了PBS的杨氏模量。
3 展望
随着环保市场的需求以及PBS合成工艺的成熟,PBS产业化也取得了很大的成果。目前,日本三菱化学公司(Greenpla)和昭和高分子公司的(Bionolle)都已经实现PBS的工业化,其产品主要应用于注塑领域,而Bionolle在食品应用领域受到限制;巴斯夫公司的(Ecoflex)已经形成7000t/a的产能,其除了用在注塑领域外,还在薄膜中使用。我国山东汇盈新材料已经形成5000t/a的产能,其主要应用在注塑及薄膜领域,而且现在正在筹建20000t/a的装置。虽然PBS产业化已经有了一定的成果,但是现在由于原料成本较高导致PBS价格要高于通用塑料,PBS的市场推广受到了一定的限制。因此,PBS的共混改性会进一步受到关注,尤其是与天然可降解高分子材料的共混。而PBS良好的力学性能和可加工性则为PBS共混改性提供了可行性。今后PBS与天然可降解高分子材料共混改性还会集中在以下三个方面:
(1)开发多品种的天然可降解高分子材料与PBS共混,拓宽应用范围;
(2)各种天然纤维的处理以及PBS的相关改性来提高两种材料的相容性;