Almidón entero de plástico
Todo el almidón plástico se refiere principalmente al almidón termoplástico. El almidón termoplástico se desarrolló a fines del siglo XX sobre la base del concepto de almidón completo, que se propuso en el campo de los materiales degradables internacionales. En todo el plástico de almidón, no se agrega el plástico tradicional a base de petróleo, el almidón es el material principal, el contenido de almidón es alto y otros componentes agregados pueden degradarse.
El almidón termoplástico también se llama "almidón no estructurado". La estructura del almidón está desordenada por cierto método para hacerla termoplástica. La molécula de almidón es una estructura molecular de polisacárido y contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo. Debido al enlace de hidrógeno intermolecular e intramolecular, la temperatura de fusión es más alta y la temperatura de descomposición es más baja que la temperatura de fusión. Por lo tanto, durante el procesamiento térmico, las moléculas de almidón se descomponen sin fundirse. Los métodos tradicionales de procesamiento mecánico de plástico utilizan principalmente termoformado, por lo que para hacer plásticos de almidón enteros a base de almidón, el almidón natural debe hacerse termoplástico. Esta termoplasticidad se puede lograr cambiando la estructura cristalina dentro de la molécula de almidón. Destruye los enlaces de hidrógeno intra e intermoleculares y altera la estructura cristalina de doble hélice de las moléculas de almidón. Esto reducirá la temperatura de fusión del almidón y lo hará termoplástico.
La preparación de almidón termoplástico utiliza principalmente extrusión, inyección, moldeo, etc. Los plastificantes utilizados son generalmente agua, glicerina y similares. Van Soest de la Universidad de Utrecht en los Países Bajos ha estudiado las propiedades mecánicas del almidón termoplástico con agua como plastificante. La cantidad de agua agregada debe estar entre 5% y 15%. Por debajo del 5%, el material es muy frágil y no se puede llevar a cabo. Se determina que cuando el contenido es aproximadamente del 15%, el material se vuelve blando y difícil de formar. Cuando el contenido de agua está entre 5% y 7%, el rendimiento del material es similar a los materiales frágiles, y no se observa ningún punto de fluencia. Stepto et al., Universidad de Manchester, Reino Unido, utilizaron agua como plastificante para modificar el almidón de papa y analizaron sus propiedades mecánicas. Sus plastificantes se agregaron en tres niveles de 9.5%, 10.8% y 13.5%. Al analizar la curva de tensión-deformación, se puede saber que el módulo inicial de la muestra está cerca de HDPE y PP, que es 1.5 MPa; el límite elástico de la muestra es inversamente proporcional al contenido de plastificante, y el límite elástico de la muestra cuando el contenido de agua es del 9,5% es de 68 N / mm2, cuando el contenido de agua aumenta al 13,5%, su límite de elasticidad cae a 42 N / mm2. Robbert y col. De la Universidad de Groningen, en los Países Bajos, se utilizó glicerina como plastificante para analizar una variedad de almidones diferentes. La temperatura de transición vítrea (Tg) del almidón también afecta las propiedades mecánicas de la muestra. La Tg es baja, y la resistencia a la tracción, el módulo, el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto del experimento aumentan, mientras que la Tg en el almidón con alto contenido de amilosa es relativamente baja. Entonces, cuanto mayor sea el contenido de amilosa en el almidón, más suave será el producto de almidón. Según los experimentos de Robbert, la resistencia a la tracción del maíz ceroso que contiene un 25% de plastificante es cercana a 10 MPa, y el alargamiento a la rotura es del 110%, que es el mejor rendimiento integral del almidón. La Universidad de Pekín y Yosbii del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón estudiaron plásticos a base de almidón utilizando glicerina y polietilenglicol como plastificantes para la irradiación con haz de electrones. La película a base de almidón se preparó con éxito, y se descubrió que la irradiación puede causar reacciones químicas de cada molécula componente para formar una estructura de red completa y mejorar las propiedades de tracción de la película.
De los estudios anteriores se puede saber que el almidón se puede modificar para obtener almidón termoplástico, y el rendimiento del almidón termoplástico se puede mejorar cambiando los métodos de procesamiento, los tipos de plastificantes y otros medios.
Debido a que el almidón termoplástico tiene las desventajas de las pobres propiedades mecánicas y la fuerte absorción de agua, los investigadores han comenzado a considerar el uso de la fibra como un agente de refuerzo y agregarla a la matriz de almidón termoplástico para mejorar el rendimiento del material. Tanto la fibra natural como el almidón tienen una estructura molecular de polisacárido. Mezclar fibras con almidón termoplástico puede obtener un mejor efecto fortalecedor.
Curvelo, el Instituto de Investigación Química de San Carlos de Brasil, etc., utiliza fibra de cola gigante como agente de refuerzo para mejorar las propiedades mecánicas del almidón termoplástico. En comparación con el almidón termoplástico no reforzado, el almidón termoplástico reforzado tiene un aumento del 100% en la resistencia a la tracción y un aumento del 50% en el módulo elástico. Y se concluye que la absorción de agua del material disminuye con el aumento del contenido de fibra.
Gaspar y col. De la Universidad de Budapest en Hungría, se agregó celulosa, hemicelulosa y zeína al almidón de maíz termoplástico usando glicerina como plastificante. Los estudios han encontrado que la resistencia mecánica de la hemicelulosa y el almidón termoplástico reforzado con zeína es mejor (10. 4 MP y 11. 5 MPa). El investigador brasileño Guimaraes y otros compararon el efecto fortalecedor de la fibra de caña de azúcar y la fibra de plátano sobre el almidón termoplástico. Se descubrió que las propiedades de tracción de las muestras reforzadas se mejoraron significativamente, y la unión superficial entre la fibra de caña de azúcar y el almidón termoplástico fue mejor que la fibra de plátano.
Prachayawarakorn y otros institutos técnicos en el Colegio Técnico Lakabang Sangha de Tailandia han realizado investigaciones sobre el almidón de arroz termoplástico reforzado con fibra de algodón, y descubrieron que las propiedades de tracción y la absorción de agua del material disminuyen después de agregar fibras de algodón. En comparación, cuando se agrega el mismo contenido (10%) de fibra de algodón o polietileno de baja densidad, las propiedades mecánicas, la estabilidad térmica, la absorción de agua y la biodegradabilidad de la muestra de fibra de algodón son mejores.
Sreekumar de la Universidad de Rouen en Francia y otros investigadores estudiaron el efecto de la fibra de sisal en la harina de trigo termoplástica, y descubrieron que la fibra de sisal puede mejorar las propiedades de tracción de la harina de trigo termoplástica, pero su fluidez disminuirá.
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