淀粉基塑料开发与研究进展

淀粉基塑料开发与研究进展

周晓谦1，殷伯良2

1辽宁工程技术大学材料系，（阜新123000)

2辽宁阜新海州露天矿 （阜新123002)

E-mail：zxq6558960@

摘 要：简单介绍了淀粉基塑料在塑料行业的地位和降解机理，综述了淀粉基塑料的分类及研制开发现状，针对不同类型的淀粉基降解塑料存在的问题提出自己的建议，对于淀粉基塑料的发展进行了展望

关键词： 淀粉，改性，降解塑料，生物降解

1 引言

随着人们环境保护意识的不断提高，对于采用无毒无害的原料进行无害化材料生产、在制品成型和使用中没有环境污染、废弃后易回收和再生利用、对生态环境不会产生负面深远影响的绿色生态塑料的研究方兴未艾。淀粉基塑料作为绿色生态塑料中的一个代表，它的研究取得了较大的发展，目前部分产品已经进入产业化阶段，如美国的Novon International 公司的热塑性淀粉的生产能力已经达到年产5万吨、意大利Novonmont公司的淀粉/PVA、淀粉/PCL的产量达到3万吨等等。

淀粉基塑料是降解塑料中的一种重要类型，它泛指其组成中含有淀粉或其衍生物的塑料，它是当前国际上研制开发最为热门的降解塑料之一[1]。淀粉基塑料主要是在微生物的作用下由高聚物分解为低聚物，低聚物继续分解为各种有机中间体，最后分解为二氧化碳、水和其它低分子化合物，达到减少环境污染的目的，属于生物降解塑料范畴。生物降解塑料在环境中被微生物降解时首先进行生物物理作用，即微生物侵蚀降解塑料中易被降解的成分后，其自身的繁殖增长导致聚合物发生机械性破坏；之后发生生物化学作用，即聚合物在微生物的作用下转化为对环境无害的新物质；最后在酶的催化作用，微生物侵蚀速度加快，聚合物在较短时间内分裂或氧化崩裂。

研究淀粉基塑料的重大意义不仅可以解决白色污染问题，而且由于淀粉的廉价易得，可以为塑料工业开辟出取之不尽的原料资源，因为目前塑料主要是以日趋枯竭的石油资源为基础的，所以淀粉基塑料会有广泛的发展空间。

2 淀粉基塑料分类和开发研制现状

就降解过程而言，淀粉基塑料可分为崩溃型塑料（也称生物破坏性塑料）和完全生物降解塑料两大类。崩溃型塑料是以颗粒状淀粉与聚烯烃结合，除了添加的淀粉能够被微生物，聚烯烃不能被降解，所以它属于不完全生物降解的塑料；完全生物降解塑料是以淀粉及可降解树脂为主要原料制备的塑料，在微生物作用下能够完全降解，完全生物降解塑料是绿色生态塑料的发展方向。淀粉基塑料按照其来源又可以分为淀粉填充型生物降解塑料、以淀粉为基础原料的微生物合成型完全降解塑料、以淀粉为基础原料的化学合成型降解塑料等几种。

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2.1 淀粉填充型生物降解塑料

淀粉填充型生物降解塑料是指将淀粉与其它高分子物（主要是聚烯烃）共混而生产的塑料。它主要可以分为淀粉直接填充型、改性淀粉填充型等两种生物降解塑料。

2.1.1 淀粉直接填充型

淀粉是廉价、组成简单、具有较均一大小的颗粒和结晶性的大分子，它可与许多合成树 脂如聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯等共混，是最早被作为生物降解性塑料的填料添加于聚烯烃中。英国Griffin和Otey等人[2]首先开发出淀粉直接填充型塑料，它是以颗粒状淀粉为原料，以非偶联方式与聚烯烃结合，淀粉的添加量在15%以下。该法是以颗粒状淀粉为原料，存在淀粉与聚烯烃粘附不良、相溶性差、淀粉在配料中难以混合均匀、尺寸稳定性和热稳定性差等缺点，属于崩溃型塑料。

2.1.2改性淀粉填充型

由于淀粉直接填充型的诸多缺点，后来人们开始进行淀粉的改性研究，发现淀粉分子链中含有大量的羟基，很易吸水，在大气中平均含水率为12%左右[3]，而且淀粉颗粒易发生附聚形成微晶结构，对其进行表面处理可以提高淀粉与高聚物的相容性以及淀粉的疏水性，另外由于淀粉不具有热塑性加工性能，无法在普通的塑料机械中进行加工，可以通过适当的方法使其变为热塑性淀粉，于是开始研究改性淀粉填充型塑料。世界上从事改性淀粉填充型塑料的研究单位很多，以改性淀粉为主体加入适量可降解添加剂生产完全生物降解塑料，从环保方面看是最有发展前途的产品。改性处理的方法有物理改性和化学改性。

（1）物理改性

物理改性是通过添加偶联剂（如硅烷偶联剂等）和增塑剂（如多元醇类化合物）的方法增加淀粉与聚烯烃的相容性和热塑性，以提高淀粉的填充量和加工性能。

如加拿大的产品Ecoster[4]是将淀粉经硅烷偶联剂作疏水处理并加入不饱和酯起自动氧化作用，含12%淀粉的聚烯烃薄膜在6个月内分解；意大利Novamont公司[5]的Mater-Bi是以70%玉米淀粉和30%无毒亲水性的低分子量石油制品混合物为原料制得的一种塑料合金,产品的机械性能类似LDPE，可制造挤出成型用片、吹塑薄膜、流延薄膜、注塑制品、中空容器等，但不宜用于食品包装，是一个有发展规模的产品。

尽管物理改性淀粉填充型塑料中淀粉含量增加，但由于采用不能降解的聚烯烃或聚酯材料为原料，其降解部分主要是淀粉,剩余的大部分只是崩裂成粉末,残留在自然环境中,不能彻底解决对环境的污染问题, 仍然属于非完全降解型塑料，其前景不是很好。如聚乙烯淀粉膜被生物降解后，聚乙烯小碎块在土壤中影响土壤的透水和透气，对农业生产影响很大，因此此类产品一问世就受到一定的限制。只有尽可能提高淀粉的含量才可以避免此难题。后来又开发出淀粉基质型生物降解塑料，它是以淀粉为主体,加入适量可降解添加剂（如纤维素、甲壳质、蛋白质等天然高分子材料）来生产完全生物降解塑料，由于产物安全无毒性,因而日益受到重视 [6]。美国Warner-Lambert公司开发的由70%支链淀粉和30%直链粉制成的新型树脂,其生物降解性好,可以替代正在农业上使用的各种生物降解材料,被认为是材料科学重大发展，另外该公司生产的含淀粉90%以上的Novon，有水溶和堆肥两个品级，它的主要原料为玉米淀粉,添加可生物降解的聚乙烯醇。该产品用一般成型加工方法即可成型,可用作食

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