全淀粉生物可降解塑料的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着高分子材料技术工业技术的迅速发展，其用途已经渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域，已经和钢铁，木材，水泥并列成为四大支柱材料。聚合物工业蓬勃发展的同时也导致了环境污染的加剧，引起人们对于聚合物废料处理的关注。目前全世界每年生产塑料约1.4亿吨，用后废弃的大约占产量的50%-60%.他们对于环境的污染，对生态平衡的破坏已经引起了社会的极大关注。研究开发可降解塑料是治理废弃物造成的白色污染的一条有效的途径。天然淀粉具有良好的生物降解性能，且来源丰富，价格低廉，可用于制备生物降解塑料。但是由于天然分子中含有大量的羟基，具有极大地极性和亲水性，能与水分子形成较强的氢键，使淀粉呈现刚性的颗粒结构，为了改善淀粉的加工性能，必须将淀粉分子结构无序化，使之具备热塑性。

淀粉基塑料之所以成为降解塑料中发展得较快、产量较大的一种，是因为淀粉具有如下优势：(1)相对于石油树脂，淀粉价格便宜，能从一定程度上降低塑料的成本。(2)在世界各国，淀粉含量高的农作物，如玉米、马铃薯等产量非常丰富，且它们可再生，这对于资源相对短缺的石油化工树脂而言是非常有利的。(3)淀粉基塑料的加工设备简单，采取适当的工艺使淀粉加热塑化后可达到用于制造塑料材料的机械性能。(4)淀粉是天然的高分子化合物，它具有无毒安全等特点，淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳和水，不会对土壤或空气产生污染。(5)开拓淀粉的利用有利于农村经济发展。总之淀粉基降解塑料能有效地解决塑料废弃物对环境的污染，是今后塑料发展的方向，其国内外市场前景非常广阔。

2. 国内外研究现状分析

到目前为止, 淀粉降解塑料先后经历了3个技术发展阶段: 填充型淀粉塑料、淀粉基塑料和全淀粉热塑性塑料。

最早的淀粉塑料是由英国科学家grifin g提出的, griffin g申请了世界上第一个淀粉填充聚乙烯塑料的专利。这种填充型淀粉塑料是通过原淀粉和聚烯烃(如pe、pp、ps等)共混得到的制品, 淀粉含量为5%~ 20%左右。但这类降解塑料存在着很多的弊端, 如不能实现真正的降解, 与淀粉共混的烯烃类塑料仍然需要数百年的时间才能降解 ; 另外, 淀粉的吸湿特性和热稳定性不高, 也使得制品的强度和加工性能受到很多限制。

全淀粉塑料是目前国内外认为最有发展前途的一种完全生物降解塑料, 但综合分析, 目前的全淀粉塑料在性能上还有一定的不足而价格仍偏高, 这是全淀粉塑料发展中所遇到的两大问题, 必须有效的解决。目前美国warner lamber公司采用双螺杆挤出技术制得一种称为novon由100% 淀粉制成的热塑性淀粉塑料, 其性能类似于聚苯乙烯, 可用作医用胶囊,据称它是由淀粉异构化而制得, 约有70% 支化聚合物和30% 链状聚合物构成。德国batte lle研究所用直链含量很高的改良青豌豆淀粉研制出淀粉质量分数达90%的可降解材料, 可用传统方法加工成型, 作为pvc 的替代品, 在潮湿的自然环境中可完全降解。日本玉米淀粉公司同美国合资建立淀粉系列生物降解塑料厂, 生产规模达2万吨/年(主要生产手机、电脑注件等)。国内在全淀粉塑料方面近年来也有大量研究, 主要集中在一次性餐盒、托盘等制品类, 以玉米、马铃薯淀粉为主要原料的吹塑类全淀粉塑料近日也在北京出现。如江西科学院邱威扬等 报道研制的全淀粉塑料, 热塑性淀粉膜的淀粉质量分数为90% , 其性能基本上达到同类应用的传统塑料的标准, 通过控制配方, 可以达到3-12月内完全降解。但据调查, 国内目前工业化的生物降解塑料多为共混型及化学合成类淀粉降解塑料, 全淀粉降解塑料的生产未见报道。

3. 研究的基本内容与计划

本文将从以下几个方面研究：

（1） 将玉米淀粉按不同配方与水、纤维素、增塑剂(多元醇类) 及抗氧剂等助剂高速混合, 时间为5min, 然后在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机塑化挤出, 温度控制在170℃内, 转速为50～ 80r/min, 挤出后冷却粉碎造粒,然后进行模压加工。

（2）将模压成型的塑料板进行切割成长20cm,宽2cm的长条，然后对其进行力学性能测试，并对各配比的粒料进行熔融指数的测定，最终得出综合性能最好的配比。

4. 研究创新点

实验过程中使用60 Co-γ射线对玉米淀粉进行辐照，使天然淀粉变成热塑性淀粉。辐照是能量以电磁波的形式透过物体，物质中的分子吸收辐射能时，会激活成离子或产生自由基，直接或间接引起化学键的破裂，使物质的结构发生改变。辐照对淀粉的作用可能以两种方式进行:一是，射线直接作用于淀粉分子，骨架链成为许多碎裂的小分子，进而被稳定下来;二是，通过射线电离引发淀粉分子产生自由基，由于位阻作用，不能进行重结合反应，或者由于重排或歧化反应，断裂后被稳定。辐照后吧，淀粉的晶型并未改变，但晶区被破坏，表现为偏光十字数量逐渐减少，特征峰强度下降以及结晶度下降，从而转变为热塑性淀粉，可以进行加工。