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淀粉填充，会导致断裂伸长率降低

有关淀粉填充型部分降解塑料的研究较多。Mosab等利用热塑性淀粉(TPS)填充聚丙烯(PP)，在单螺杆挤出机中熔融共混。研究表明：复合材料的断裂伸长率随着 TPS 的增加而降低，在单螺杆挤出机中在线检测共混物黏度，测得非牛顿指数<1，证明该 PP/TPS 共混物本质上是假塑性。Mosab等还利用TPS填充一种聚异丁烯(polybutene-1)，进行测试并得到了相同的结果。Kim等利用淀粉颗粒充当填料，主体为聚（氰基丙烯酸乙酯）制备复合材料，发现淀粉填充量为60%时抗压效果最好，为(80±10) MPa。

西米淀粉填充，大幅降低材料的拉伸强度

玉米、小麦淀粉已成为淀粉填充型降解塑料的主流填料时，一些学者将研究方向转向其他作物。Shaharuddin等以低密度聚乙烯(LDPE)为基体，填充西米淀粉，制备 LDPE与西米淀粉的共混物。结果表明：当淀粉含量从5%增加到20%，样品的生物降解性得到增强。但是由于共混物的相容性较差，导致复合材料表面容易产生裂纹和孔洞，从而大幅降低材料的拉伸强度。

50%香蕉皮淀粉+50%小麦淀粉填充的各项性能最理想

Suharno 等发现香蕉皮废物中含有大量的淀粉，将提取的淀粉替代复合材料中部分小麦淀粉。研究表明：加入部分香蕉皮淀粉的生物塑料生物降解速率有所下降，但100%填充香蕉皮淀粉的复合材料吸水性降低，证明香蕉皮淀粉加入后生物塑料是一种疏水材料。而且香蕉皮淀粉填充后生物降解塑料强度足够，但是材料拉伸弹性需要提高。并且相较于100%填充小麦淀粉和100%填充香蕉皮淀粉的降解塑料，用50%香蕉皮淀粉代替50%小麦淀粉的降解塑料的各项性能最理想。证明香蕉皮淀粉成分不同于小麦淀粉，但也可作为一种新型淀粉填料。

尽管淀粉填充型塑料已成为石油基聚合物的新兴替代品，但其在极端环境下尺寸稳定性较差，并且淀粉浓度超过一定水平时，未改性的淀粉颗粒混入其他热塑性塑料中出现不相容性、分散性差和多相分离等问题，阻碍其在复合材料加工中的诸多应用。因此，需要对其进行改性。

化学改性即通过化学反应改变聚合物上大分子链的原子或原子团的种类或结合方式，从而改变聚合物的物理、化学性质的过程。

化学改性：RPBS（PBS+TDI）+TPS

Zeng等为增强聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与热塑性淀粉(TPS)的相容性，通过真空缩聚反应制得HO—PBS—OH（终端为羟基的PBS），与一定量的甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)反应生成反应性PBS(RPBS)，将TPS填充到RPBS中，成功制成TPS/RPBS复合热塑性塑料，改善二者的相容性，力学性能与传统PE、PP等相近，明显优于TPS。

化学改性：MTPS（马来酸酐+甘油+ST）+PLA

淀粉的主要缺点是加工性差，力学性能弱和亲水性强。为解决这一问题，可将淀粉接枝共聚改性，即在淀粉分子的骨架上引入合成高分子，从而改性淀粉 。Kulkarni等用马来酸酐将甘油接枝到玉米淀粉上制备马来酸酐化热塑性淀粉(MTPS)，研究中马来酸酐充当甘油增塑玉米淀粉的促进剂，使增塑效果更完全。将MTPS通过双螺杆挤出机填充到PLA中，随着复合材料中MTPS的浓度逐渐增加，复合材料玻璃化转变和热降解温度降低，且显著提高了复合材料的结晶百分比和结晶速率。由于结晶度的提高致使氧透过性降低，MTPS在研究中具有成核剂和阻隔性增强剂的双重作用，即使MTPS是极具亲水性的材料，填充了MTPS的复合材料吸水性也几乎没有变化。表明MTPS已经很好地嵌入疏水性材料PLA中，并且在添加 5% 的 MTPS，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均没有明显变化。MTPS对于该复合材料几乎没有负面影响，是性能优良的生物质填料。

物理改性是指采用热、光、电、超声波处理等物理手段来改变原料原有的形态与结构。常见的物理改性有热处理、超声波处理、放射处理及添加增塑剂等方法。

物理改性：干热处理改性淀粉，可提供力学性能和不透明度

La Fuente等研究了通过干热处理(DHT)改性木薯淀粉制备复合材料薄膜。结果表明：木薯淀粉经过DHT处理4小时可使生物塑料的力学性能和不透明度提高，透水性、含水率和透光率降低。所以DHT处理对于木薯淀粉是一种有效的物理改性，在不同的行业中具有潜在的用途。

物理改性：超声波处理可使褐藻分散均匀

Jantasrirad等将褐藻填充到淀粉基降解塑料中，并对褐藻和淀粉混合物进行120s的超声波处理，发现褐藻颗粒在淀粉基质中分散均匀，并且提高了复合材料的力学性能与热稳定性等。辐射常常可以改变材料的内部微观结构，从而改变材料特性。

物理改性：甘油并不适合作为所有材料的增塑剂

增塑剂作为制备塑料与复合材料过程中最常见的添加剂，被用于增加材料的塑性。Ata等利用甘油、山梨糖醇、双甘油酯与聚甘油酯四种不同的增塑剂增塑TPS，分别对应GTPS、STPS、DTPS、PTPS，制备TPS/HDPE复合材料，用于比较四种增塑剂的增塑效果。结果表明：虽然甘油作为常见的材料增塑剂，但部分情况下效果相对一般。与 GTPS 相比，STPS、DTPS、PTPS 显示出较低的热稳定性、较高的吸水性及力学性能。动态力学分析(DMA)表明，双甘油酯和聚甘油酯由于醚键的存在，使二者与淀粉的混容性均明显高于甘油。证明甘油并不适合作为所有材料的增塑剂，在选择增塑剂时还是要结合填料与基体的自身特性。

物理改性：柠檬酸起增容剂，马来酸酐接枝PP起增容剂作用

Juntira等发现在柠檬酸的存在下，大米淀粉与线型低密度聚乙烯(LLDPE)混合良好，不添加柠檬酸，淀粉与LLDPE无法混合，柠檬酸起增容剂的作用。Pal等利用马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-g-PP)作为增容剂，提高了填料与基体之间的物理相互作用，改善了二者的相容性，增强了二者的界面黏附力，相容系统的热稳定性和力学性能均有所提高。Jiang等使用竹粉填充PBS，但二者的相容性并不理想，导致复合材料的力学性能不高，利用 ZnO、Si3N4、TiO2作为增容剂提高了竹粉/PBS复合材料的力学性能。根据不同的复合材料选择不同的增容剂，才能够更好地适应不同的相容系统。

生物降解塑料改性及制品加工技术

高级研修班

6月开班！

郭宝华，清华大学高分子研究所所长：禁限塑的背后逻辑和生物降解塑料发展方向，PBAT、PBS的工业化进程和应用趋势

叶新建，安徽恒鑫环保新材料有限公司董事、首席技术官：PLA的工业化进程

广东特冠实业有限公司：限塑背景下传统制品厂家如何破局及运营策略

 原料 

李建军，珠海金发生物董事长、俄罗斯工程院院士：主题待定

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 制品 

余木火，东华大学材料学院教授：PLA纤维的应用探索

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