淀粉/PVA可降解塑料的制备与性能研究

2022-09-10

前言

塑料以其美观、质轻、耐腐蚀性好和使用方便等特点被广泛应用于人类社会生活的各个领域。但也给自然环境造成了严重负面影响;生产塑料的原料大多来自石油化工, 而石油资源是有限的。所以, 可生物降解的塑料成为人们的研究目标。可降解聚合物除了可以解决塑料废弃物对环境污染的问题, 还能缓解石油资源的紧张。

一、淀粉/PVA可降解塑料的制备方法

1. 流延法制备塑料膜

流延法制备淀粉塑料膜的优点较多, 该法的成膜厚度均匀性好, 且无方向性;可得到无异物的优良膜;生产物料消耗低等, 流延法是现在企业生产淀粉/PVA塑料的主要方法。该法设备主要包括反应锅系统和流延机系统;生产工艺主要包括树脂的制备和淀粉膜的加工两部分, 通常先将计量的淀粉糊化, 并加入交联剂反应, 之后加入PVA进行混合, 待物料均匀后加入增溶剂、稳定剂和增塑剂, 于一定温度下混合一段时间后形成高分子化合物。将上述制得的树脂通过流延机进行分布、预热、成膜、烘干以及卷膜制得产品。但该法设备投资较大, 工艺操作要求高, 占地面积大, 耗能较高, 一般不适于小型企业使用。

2. 共混挤出制备塑料

塑料的挤出成型是指向淀粉塑料添加溶剂或对其加热, 使塑料处于流动状态, 再对淀粉塑料施加压力, 使具有塑性的物料通过模具而制的所需产品, 通常用于塑料管道、板材和棒材的生产。挤出成型法制的的塑料产品质量均匀密实、生产过程连续、生产效率高、应用范围广, 而且该法的生产设备简单、工艺要求较低, 投资小, 适宜于小型企业采用。制备过程一般分为塑化、成型、定型三个部分。先将聚合物通过一定的方法变成具有塑性的粘稠液体, 对该液体施加一定的压力, 通过特定的口模, 实现预计形状的产品的连续生产。通过对上诉热产品的冷却, 使产品定型固化, 并应用于进一步的加工制造。根据塑化方式的不同, 可分为干法挤出和湿法挤出两种工艺, 前者是通过加热实现材料塑化, 且设备、操作简单;后者是通过加入溶剂实现材料塑化, 后期需考虑溶剂的脱除以及回收, 设备复杂, 操作要求高, 一般用于硝酸纤维素的挤出生产。淀粉/PVA塑料挤出在于要破坏两组分的结晶结构, 使材料塑化[1]。

3. 模压成型制备塑料

模压成型法主要应用与热固性塑料的成型制备, 设备主要是压机和模具。制备过程一般分为预压、预热和模压三个部分。预压是将预成型织物结构先压制成一定形状, 改善制品的质量和塑性, 以便于进一步加工;预热是通过对塑料膜加热, 来缩短加工周期和以及提高其功能性的操作;模压是在一定压力和温度下, 将上述处理的材料注入特定模具, 进行定性的操作。

二、淀粉/PVA塑料的降解机理

淀粉/PVA是由可生物降解的聚合物聚乙烯醇与淀粉共混而制成的。理想的生物降解高分子材料应是一种具有优良使用性能, 废弃后可被环境中的微生物完全降解, 最终无机化成为自然界中的碳元素循环的一部分的材料。对该材料的降解机理一般认为有两种, 第一种机理认为:淀粉/PVA塑料中, 淀粉容吸水溶胀, 被真菌、细菌侵袭, 进而被完全分解掉, 使得塑料的孔洞变大, 结构松散, 机械强度下降, 再在相应酶的作用下, 使聚乙烯醇被菌类分解掉。第二种机理认为:当塑料与土壤或水中存在的盐类接触时, 就会发生催化氧化作用, 使薄膜形成过氧化物, 最终导致聚合物大分子的断裂, 即先进行过氧化反应, 再进行生物同化吸收。这两种机理可以相互促进, 第一种机理导致塑料表面积的增加有利于第二种机理的进行。

三、淀粉/PVA可降解塑料性能分析

1. 淀粉/PVA塑料降解性分析

淀粉/PVA塑料也属于聚合物的范畴, 而聚合物的结构对于他本身的性质有着很大的影响, 故可降解塑料的降解性要充分的考虑到自身的理化结构和表面形貌结构;同时也要考虑到温度、湿度、酸碱度和微生物等环境因素。朱爱臣等人[2]研究得出, 膜面孔径随降解时间延长而增大, 利于微生物侵入, 从而促进该塑料的分解。适宜的温度有利于微生物的生存和繁衍, 同样有利于材料的分解。大量研究结果表明, 该产品能够实现生物降解, 做到无污染生产, 很好的应用于农用地膜产业、生活有塑料产业中。

2. 淀粉/PVA塑料耐水性分析

淀粉制的的产物的重要缺陷是吸水, 且吸水后会严重的影响材料的力学性能。而交联剂的加入会降低混物的吸水率, 对拉伸强度影响不大。在一定的范围内, 纤维含量越高, 与PVA和淀粉形成的氢键就越多, 对耐水性能的影响越大, 添加黄麻纤维以后薄膜大分子间隙被缩小, 薄膜耐水性有所提高[3]。Zhai[4]等人通过实验表明, 直链淀粉含量严重的影响着塑料膜的耐水性。