Tutta la plastica dell'amido
La plastica intera dell'amido si riferisce principalmente all'amido termoplastico. L'amido termoplastico è stato sviluppato alla fine del XX secolo sulla base del concetto di amido intero, che è stato proposto nel campo dei materiali degradabili internazionali. In tutta la plastica dell'amido, la tradizionale plastica a base di petrolio non viene aggiunta, l'amido è il materiale principale, il contenuto di amido è elevato e altri componenti aggiunti possono essere degradati.
L'amido termoplastico è anche chiamato "amido non strutturato". La struttura dell'amido è disordinata da un certo metodo per renderlo termoplastico. La molecola di amido è una struttura molecolare polisaccaridica e contiene un gran numero di gruppi idrossilici. A causa del legame intermolecolare e intramolecolare dell'idrogeno, la temperatura di fusione è più elevata e la temperatura di decomposizione è inferiore alla temperatura di fusione. Pertanto, durante la lavorazione termica, le molecole di amido si decompongono senza sciogliersi. I tradizionali metodi di lavorazione meccanica della plastica utilizzano principalmente la termoformatura, quindi per produrre plastiche di amido intero a base di amido, l'amido naturale deve essere reso termoplastico. Questa termoplasticità può essere ottenuta modificando la struttura cristallina all'interno della molecola di amido. Distrugge i legami idrogeno intra- e intermolecolare e distrugge la struttura cristallina a doppia elica delle molecole di amido. Ciò ridurrà la temperatura di fusione dell'amido e lo renderà termoplastico.
La preparazione dell'amido termoplastico utilizza principalmente estrusione, iniezione, stampaggio, ecc. I plastificanti utilizzati sono generalmente acqua, glicerina e simili. Van Soest dell'Università di Utrecht nei Paesi Bassi ha studiato le proprietà meccaniche dell'amido termoplastico con acqua come plastificante. La quantità di acqua aggiunta dovrebbe essere compresa tra il 5% e il 15%. Al di sotto del 5%, il materiale è molto fragile e non può essere eseguito. Si determina che quando il contenuto è di circa il 15%, il materiale diventa morbido e difficile da formare. Quando il contenuto di acqua è compreso tra il 5% e il 7%, le prestazioni del materiale sono simili ai materiali fragili e non si osserva alcun punto di snervamento. Stepto et al., Università di Manchester, Regno Unito, hanno usato l'acqua come plastificante per modificare l'amido di patate e ne hanno analizzato le proprietà meccaniche. I loro plastificanti sono stati aggiunti a tre livelli: 9,5%, 10,8% e 13,5%. Analizzando la curva sforzo-deformazione, si può sapere che il modulo iniziale del campione è vicino a HDPE e PP, che è 1,5 MPa; la resistenza allo snervamento del campione è inversamente proporzionale al contenuto di plastificante e la resistenza allo snervamento del campione quando il contenuto di acqua è del 9,5% è di 68 N / mm2, quando il contenuto di acqua aumenta al 13,5%, la sua resistenza di snervamento scende a 42 N / mm2. Robbert et al. Dall'Università di Groningen nei Paesi Bassi ha usato la glicerina come plastificante per analizzare una varietà di amidi diversi. La temperatura di transizione vetrosa (Tg) dell'amido influenza anche le proprietà meccaniche del campione. La Tg è bassa e la resistenza a trazione, il modulo, l'allungamento a rottura e la resistenza all'impatto dell'esperimento sono aumentati, mentre la Tg nell'amido con alto contenuto di amilosio è relativamente bassa. Quindi maggiore è il contenuto di amilosio nell'amido, più morbido è il prodotto amidaceo. Secondo gli esperimenti di Robbert, la resistenza alla trazione del mais ceroso contenente il 25% di plastificante è vicino a 10 MPa e l'allungamento alla rottura è del 110%, che è la migliore prestazione completa dell'amido. L'Università di Pechino e Yosbii del Atomic Energy Research Institute giapponese hanno studiato materie plastiche a base di amido usando glicerina e polietilenglicole come plastificanti per l'irradiazione del fascio di elettroni. Il film a base di amido è stato preparato con successo e si è riscontrato che l'irradiazione può causare reazioni chimiche di ciascuna molecola componente per formare una struttura di rete completa e migliorare le proprietà di trazione del film.
Dagli studi precedenti si può sapere che l'amido può essere modificato per ottenere l'amido termoplastico e che le prestazioni dell'amido termoplastico possono essere migliorate cambiando i metodi di lavorazione, i tipi di plastificanti e altri mezzi.
Poiché l'amido termoplastico presenta gli svantaggi delle scarse proprietà meccaniche e del forte assorbimento d'acqua, i ricercatori hanno iniziato a considerare l'uso della fibra come agente di rinforzo e l'aggiunta alla matrice dell'amido termoplastico per migliorare le prestazioni del materiale. Sia la fibra naturale che l'amido hanno una struttura molecolare polisaccaridica. La miscelazione di fibre con amido termoplastico può ottenere un migliore effetto rinforzante.
Curvelo, l'Istituto di ricerca chimica di San Carlos in Brasile, ecc., Utilizza una fibra di coda gigante come agente di rinforzo per migliorare le proprietà meccaniche dell'amido termoplastico. Rispetto all'amido termoplastico non rinforzato, l'amido termoplastico rinforzato ha un aumento del 100% della resistenza alla trazione e un aumento del 50% del modulo elastico. E si è concluso che l'assorbimento di acqua del materiale diminuisce con l'aumentare del contenuto di fibre.
Gaspar et al. Dall'università di Budapest in Ungheria ha aggiunto cellulosa, emicellulosa e zeina all'amido di mais termoplastico usando glicerina come plastificante. Gli studi hanno scoperto che la resistenza meccanica dell'emicellulosa e dell'amido termoplastico rinforzato con zeina è migliore (10. 4 MP e 11. 5 MPa). Il ricercatore brasiliano Guimaraes e altri hanno confrontato l'effetto rinforzante della fibra di canna da zucchero e della fibra di banana sull'amido termoplastico. Si è scoperto che le proprietà di trazione dei campioni rinforzati erano significativamente migliorate e che il legame superficiale tra la fibra di canna da zucchero e l'amido termoplastico era migliore della fibra di banana.
Prachayawarakorn e altri istituti tecnici del Lakabang Sangha Technical College della Thailandia hanno condotto ricerche sull'amido di riso termoplastico rinforzato con fibre di cotone e hanno scoperto che le proprietà di trazione e l'assorbimento di acqua del materiale diminuiscono dopo l'aggiunta di fibre di cotone. In confronto, quando si aggiunge lo stesso contenuto (10%) di fibra di cotone o polietilene a bassa densità, le proprietà meccaniche, stabilità termica, assorbimento d'acqua e biodegradabilità del campione di fibra di cotone sono migliori.
Sreekumar dell'Università di Rouen in Francia e altri ricercatori hanno studiato l'effetto della fibra di sisal sulla farina di grano termoplastica e hanno scoperto che la fibra di sisal può migliorare le proprietà di trazione della farina di grano termoplastica, ma la sua fluidità diminuirà.
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