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热塑性淀粉的制备_性质及应用研究进展
·78 · 高 分 子 通 报 2006 年 11 月
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 2 1 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 35 %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
11 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 。
由于玉米淀粉价廉易得 ,在热塑性淀粉的研究中应用较多 。
塑化剂一般含有能与淀粉中羟基形成氢键的基团 ,如羟基 、氨基或酰胺基 。常用塑化剂包括甘油 、乙
二醇 、葡萄糖 、山梨醇 、木糖醇 , 乙醇胺 、尿素 、甲酰胺等 。其中以甘油为塑化剂的研究较多 。
12 热塑性淀粉与原淀粉的区别
淀粉塑化后 ,淀粉分子间和分子内氢键减弱 ,淀粉颗粒破坏 ,结晶形态改变 , 以上各种变化可通过红
外谱图、扫描电境谱图以及 X 衍射谱图作出分析判断 。
( )
作者简介 :杨晋辉 1977 - ,男 ,博士生 ,主要从事淀粉基生物降解材料的研究 ;
通讯联系人 :Email : j hhcooi @yahoo . com. cn .
第 11 期 高 分 子 通 报 ·79 ·
121 红外谱图分析 淀粉在热塑性过程 ,塑化剂和淀粉之间强烈的氢键作用取代淀粉分子间和分子
内氢键 ,从而表现在红外谱图上淀粉基团位移的相应变化 , 即通过共混物的红外光谱分析可以判断塑化
剂与淀粉之间氢键的相互作用 ,研究表明基团红外吸收峰波数向低场移动越多 ,塑化剂与淀粉间的氢键
作用越强 。
( ) ( )
甘油塑化玉米淀粉 GPTPS 和甲酰胺塑化玉米 FPTPS 淀粉的红外谱图如图 1 所示 ,
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