毕业设计（论文）淀粉塑料研究现状Starch plastics Research班级高聚物111 学生姓名杨振学号 1132403127指导教师杨昭职称讲师导师单位材料工程系论文提交日期 2013年1月7日淀粉塑料研究现状杨振徐工院高聚物111 徐州221400摘要：发展淀粉降解塑料有利于节省石油资源、保护环境。
国内外这方面的研究较多, 并且在技术的实用性方面也取得了较大进展。
目前研究热点集中在3 个方向: 淀粉与其它可生物降解高分子的直接填充; 对淀粉表面修饰使其能与合成高分子相容; 在淀粉与合成高分子体系中加入增塑剂。
虽然淀粉基可生物降解塑料在综合性能上还不能与合成高分子相比, 但由于淀粉的综合优势, 淀粉基可生物降解塑料的研究和发展极具潜力。
关键词：淀粉降解塑料环境污染淀粉塑料Starch plastics ResearchYang ChenThe Xugong Institute polymer 111 Xuzhou 221400Abstract：Development of starch biodegradable plastic in favor of saving oil resources and protect the environment. More research in this area at home and abroad, and has made great progress in the practical aspects of the technology. Current research focus is concentrated in three directions: starch with other biodegradable polymer directly filled; modified starch surface so that it can be compatible with the synthetic polymer; adding plasticizers in starch and synthetic polymer systems. The starch-based biodegradable plastics in the overall performance can not be compared with the synthetic polymer, but great potential due to the comprehensive advantages of starch, starch based biodegradable plastics research and development.Key Words：Starch Degradable plastics Environmental pollution Starch plastics目录引言 (3)一、国内外现状分析 (3)1、国外现状 (3)2、国内现状 (3)二、淀粉的性质及淀粉塑料降解分类 (4)1、淀粉的基本性质 (4)2、淀粉塑料的分类 (5)三、淀粉塑料的性能 (5)1、生物可分解特性 (5)2、热塑可加工特性 (5)3、高经济价值 (6)四、淀粉塑料存在的问题 (6)1、填充型塑料的降解性为达到标准 (6)2、价格不具有竞争力 (6)3、综合性能不高 (6)4、评价方法不一致 (7)五、淀粉塑料的发展 (7)结论 (7)参考文献 (8)致谢 (8)引言近10多年来，全球为应对石油资源日趋贫乏、油价不断飞涨以及环境污染、气候变暖日益严峻的资源、环境问题，引发了对可再生资源为原料的生物质材料的极大关注。
目前已产业化生产的生物质塑料主要包括两大类，一类为以淀粉、植物纤维素等天然高分子为原料，经改性后单独或以不同比例与其它生物降解塑料或与普通塑料共混（或合金化），然后通过热塑料性加工制得可完全生物降解或部分生物降解塑料，如淀粉基塑料。
另一类为以淀粉、糖蜜等可再生资源通过微生物或基因工程直接合成生物降解塑料，如聚羟基烷酸酯（PHA）等；或以淀粉、秸秆等农副产品为原料，通过发酵合成单体，再经化学合成生物降解塑料，如聚乳酸（PLA）等。
淀粉基塑料是当前技术较成熟、产业化规模较大、性价比较适中、市场占有率较高的一类生物质塑料。
其性价比可与普通塑料PE相比拟，有利于推向市场，这为堆肥化处理用垃圾袋提供了可再生、可持续发展和生物降解的选择。
一、国内外现状分析1、国外现状塑料制品应用广泛, 但废弃物污染环境。
国外于80 年代对塑料的生物降解开展了研究, 淀粉塑料的生物降解已开发成功并已工业化。
淀粉塑料分为两大类型: 淀粉填充型生物降解塑料和全淀粉或基本全淀粉的生物降解塑料. 前者是在普通塑料中加入淀粉或改性淀粉和其他添加剂制成, 后者以淀粉为主要原料, 添加少量其他助剂经反应制成。
国外概况淀粉塑料在美国和加拿大都已商品化, 玉米淀粉塑料的重要用途之一是生产垃圾袋, 它是由43 写玉米淀粉和47 % 聚乙烯以及10 %各种助剂组成的。
2、国内现状我国的地膜覆盖栽培技术虽然在70 年代才开始推广, 比国际上迟了20 年, 但发展迅速。
19 8 0 年生产地膜0. 25 万t , 覆盖面积16 67 公顷(2. 5 万亩) , 1 9 9 1 年生产约50 万t , 筱盖面积达46 万公顷(7 0 0 0 万亩) , 预计到2 0 0 0 年, 我国地膜覆盖面积将达到6 67 万~ 1 0 0 0 万公顷(1 ~ 1. 5 亿亩) 。
地膜栽培技术推广, 据测算可提高产量15 % ~ 20 % , 但由于地膜残留于土壤中, 污染严重, 据对北京近郊调查, 使用多年地膜筱盖的地上每亩残留地膜竟达2 3 kg , 使小麦减产20 % , 其他作物的减产幅度为8.3 % 一54. 2% 不等, 且其残留膜缠绕在秸杆上被牲畜吃了患病甚至死亡。
其他的塑料制品如快餐盒、塑料袋、各种容器残留也到处可见。
二、淀粉的性质及淀粉塑料降解分类1、淀粉的基本性质天然淀粉的高分子链间存在氢键, 分子间作用力较强, 因此, 溶解性差, 亲水而不易溶于水, 且加热不熔融, 300℃以后分解, 成型性能较差。
为改善其加工工艺性能, 一般可通过打开淀粉链间的氢键, 使其失去结晶性的方法来完成。
具体有两种方法, 一种是加热含水量大于90% 的淀粉, 在60~ 70 ℃间淀粉颗粒开始溶胀, 达到90℃以后淀粉颗粒崩裂, 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。
这种过程中淀粉可以熔融, 称为解体淀粉或凝胶化淀粉。
这种淀粉与天然颗粒状淀粉不同, 因其加热可塑, 故称之为热塑性淀粉。
其实, 解体淀粉与热塑性淀粉是有区别的, 从根源上说二者的区别主要是前者仍然具有结晶状的结构, 后者基本没有这种结构。
图1 淀粉的分子结构图1淀粉的分子结构Fig. 1 The molecular structure of starch淀粉作为高分子物质, 其性质自然与分子量、支链以及直支链两种成分的比例有关。
实验证明, 高直链含量的淀粉比较适合于制备塑料, 所得材料具有较好的机械性能。
2、淀粉塑料的分类一般而言，依照其发展过程，淀粉降解塑料前后共经历了三个主要技术发展阶段，分别为第一阶段的填充型淀粉塑料、第二阶段的淀粉基塑料和第三阶段的全淀粉热塑性塑料。
（1）填充型淀粉塑料：此阶段的产品多由淀粉（约6~20wt%）与聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）等高分子的共混物制备，其最大缺点为产品的淀粉组成经降解后会留下一个不能再降解的塑料聚合物，因此此类塑料亦被称为淀粉填充型塑料或假降解塑料。
（2）淀粉基塑料：此阶段的产品使用聚乙烯醇等亲水性高分子与含量大于50%的淀粉高分子进行共混制备，藉由淀粉高分子和亲水性高分子间的物理和化学反应，此类材料具有较优异的生物可降解特性与可加工性，此类塑料亦被称为生质塑料。
（3）全淀粉热塑性塑料：利用改性方式使淀粉高分子的结构以无序化排列并具有热塑特性，在淀粉含量90% 以上的前提下，于高温、高压和高湿条件下制备全生物可降解塑料，因此全淀粉塑料是真正完全可降解的塑料。
此外，虽然所有的塑料加工方法均可应用于淀粉塑料加工，但全淀粉塑料的加工却需要少量的水与高分子加工添加剂做为增塑剂（如甘油），研究发现，在进行全淀粉塑料加工时，添加20~30% 的水与甘油10~20% 当作增塑剂为最适宜条件。
三、淀粉塑料的性能1、生物可分解特性全淀粉热塑性塑料含有80% 的淀粉，其制作过程中额外添加的各类助剂亦具有生物可降解性，因此全淀粉塑料能在使用完后，于短时间内被光或微生物完全降解，全淀粉塑料经降解后生成二氧化碳和水，不会对环境造成任何污染。
2、热塑可加工特性具有热塑特性的淀粉就像聚乙烯或聚丙烯等泛用塑料一样，可以重复进行塑化加工，全淀粉热塑性塑料可透过剪切速率的调节来调整黏度，以优化其加工性能，透过传统塑料的成形加工技术（如挤出、吹塑、流延、注塑等），可以得到各种淀粉塑料制品，淀粉生质合胶亦为近年来研究之主流。
此外，研究显示，其机械物性如拉伸强度约为8~10Mpa、拉伸长度约为150~200%，可以满足一般塑料制品的需求；而以此类淀粉为基材之热可塑性高分子易受到来源种类与增塑剂所影响，如高直链淀粉因其结晶度较低，以及增塑剂对材料物性严重下降而影响其加工性，是故材料筛选与来源规格控管于此领域格外重要。
3、高经济价值全淀粉热塑性塑料其原料成本较传统塑料低约20%，也较生物可分解塑料（如PLA 或PHB 等）减少50%以上，极具市场竞争力。
淀粉塑料的物理性质如表1表1 淀粉塑料的物理性质Tab.1 Physical properties of pure starch plastic性能指标薄膜密度/(g·cm-3) 1.15薄膜厚度/mm 0.4光泽度/% 80拉伸强度/MPa 7~10断裂伸长率/% 180~260撕裂强度/(N·mm-1) 33四、淀粉塑料存在的问题1、填充型塑料的降解性为达到标准填充型塑料的降解性能尚不能完全达到满意的程度。
大部分所谓的可生物降解淀粉塑料都是部分失重、裂成碎片, 虽然有菌落生长和力学性能降低等特征, 但均不能说明产品完全消失。
尤其在淀粉填充型塑料中的PE、PVC 等均不能短时间内降解。
因此该类产品应归属在淘汰行列。
2、价格不具有竞争力国内外公认降解塑料比同类塑料产品的价格高50%以上, 其中能完全降解的高4~ 8 倍。
3、综合性能不高淀粉基塑料力学性能一般可以与同类应用的传统塑料相比, 但其综合性能不令人满意。