Vollstärkekunststoff bezieht sich hauptsächlich auf thermoplastische Stärke. Thermoplastische Stärke wurde auf der Grundlage des Konzepts der Vollstärke entwickelt, das im späten 20. Jahrhundert auf dem Gebiet der international abbaubaren Materialien vorgeschlagen wurde. In Vollstärkekunststoffen werden herkömmliche Kunststoffe auf Erdölbasis nicht zugesetzt, Stärke ist das Hauptmaterial, der Stärkegehalt ist hoch und andere zugesetzte Komponenten können abgebaut werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2 Handwerk
Einführung
Thermoplastische Stärke ist auch als&"unstrukturierte Stärke GG" bekannt. Die Stärkestruktur wird durch ein bestimmtes Verfahren ungeordnet, um sie thermoplastisch zu machen. Das Stärkemolekül ist eine Polysaccharidmolekülstruktur und enthält eine große Anzahl von Hydroxylgruppen. Aufgrund der intermolekularen und intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen ist seine Schmelztemperatur höher und seine Zersetzungstemperatur niedriger als seine Schmelztemperatur. Daher zersetzen sich Stärkemoleküle während der thermischen Verarbeitung zuerst, ohne zu schmelzen. Herkömmliche Kunststoffbearbeitungsverfahren verwenden meistens Heißverarbeitungsformen. Um Vollstärkekunststoffe auf Stärkebasis herzustellen, muss natürliche Stärke thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Diese Thermoplastizität kann durch Veränderung der inneren Kristallstruktur des Stärkemoleküls erreicht werden. Es bricht die intramolekularen und intermolekularen Wasserstoffbrücken und stört die doppelhelikale Kristallstruktur des Stärkemoleküls. Dies verringert die Schmelztemperatur der Stärke und macht sie thermoplastisch.
Handwerkskunst
Der Herstellungsprozess von thermoplastischer Stärke verwendet meistens Extrusion, Spritzen und Formen usw. Der verwendete Weichmacher ist im Allgemeinen Wasser, Glycerin und so weiter. Van Soest von der Universität Utrecht in den Niederlanden verwendete Wasser als Weichmacher, um die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischer Stärke zu untersuchen. Die zugesetzte Wassermenge sollte zwischen 5% und 15% liegen. Unterhalb von 5% ist das Material sehr spröde und kann nicht ausgeführt werden. Gemäß der Messung wird das Material weicher und es ist schwieriger zu formen, wenn die zugesetzte Menge etwa 15% beträgt. Wenn der Wassergehalt zwischen 5% und 7% liegt, ist die Materialleistung ähnlich der eines spröden Materials, und es wird keine Streckgrenze beobachtet. Die Universität von Manchester, Stepto et al. Verwendete Wasser als Weichmacher zur Modifizierung von Kartoffelstärke und analysierte deren mechanische Eigenschaften. Ihre Weichmacher wurden in drei Mengen von 9,5%, 10,8% und 13,5% zugesetzt. Durch Analyse der Spannungs-Dehnungs-Kurve ist ersichtlich, dass der Anfangsmodul der Probe nahe an HDPE und PP liegt, was 1,5 MPa beträgt; Die Streckgrenze der Probe ist umgekehrt proportional zum Weichmachergehalt, und die Streckgrenze der Probe beträgt 68 N, wenn sie 9,5% Wasser / mm² enthält. Wenn der Wassergehalt auf 13,5% ansteigt, sinkt ihre Streckgrenze auf 42 N / mm2. Robbert von der Universität Groningen in den Niederlanden verwendete Glycerin als Weichmacher, um verschiedene Stärken zu analysieren. Die Glasübergangstemperatur (Tg) von Stärke wirkt sich auch auf die mechanischen Eigenschaften der Probe aus. Wenn die Tg niedrig ist, nehmen die Zugfestigkeit, der Modul, die Bruchdehnung und die Schlagfestigkeit des Experiments zu, während die Stärke mit einem hohen Amylosegehalt eine relativ niedrige Tg aufweist. Je höher der Amylosegehalt in Stärke ist, desto weicher ist das Stärkeprodukt. Nach dem Robbert-Experiment liegt die Zugfestigkeit von Wachsmais mit 25% Weichmacher nahe bei 10 MPa, und die Bruchdehnung beträgt 110%, was die beste umfassende Leistung unter den ausgewählten Stärken darstellt. Yosbii von der Peking University und dem Japan Institute of Atomic Energy untersuchten Kunststoffe auf Stärkebasis mit Glycerin und Polyethylenglycol als Weichmacher unter Elektronenstrahlbestrahlung. Ein Film auf Stärkebasis wurde erfolgreich hergestellt, und es wurde festgestellt, dass Bestrahlung dazu führen kann, dass chemische Reaktionen verschiedener Komponentenmoleküle eine vollständige Netzwerkstruktur bilden und die Zugeigenschaften des Films verbessern.
Aus den obigen Untersuchungen ist ersichtlich, dass die Stärke modifiziert werden kann, um thermoplastische Stärke zu erhalten, und die Leistung der thermoplastischen Stärke kann durch Ändern des Verarbeitungsverfahrens und der Art des Weichmachers verbessert werden.
Da thermoplastische Stärke die Nachteile schlechter mechanischer Eigenschaften und starker Wasseraufnahme aufweist, begannen die Forscher, die Verwendung von Fasern als Verstärkungsmittel für die thermoplastische Stärkematrix in Betracht zu ziehen, um die Leistung des Materials zu verbessern. Naturfasern und Stärke haben die gleiche Polysaccharidmolekülstruktur. Das Mischen von Fasern und thermoplastischer Stärke kann eine bessere Verstärkungswirkung erzielen.
Das San Carlos Institute of Chemistry von Brazil GG, Curvelo et al. Verwendung von Riesenschwanzfasern als Verstärkungsmittel zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von thermoplastischer Stärke. Im Vergleich zu unverstärkter thermoplastischer Stärke hat verstärkte thermoplastische Stärke die Zugfestigkeit um 100% und den Elastizitätsmodul um 50% erhöht. Und es wird geschlossen, dass die Wasseraufnahme des Materials mit zunehmendem Fasergehalt abnimmt.
Universität Ungarn Budapest Gaspar et al. Zugabe von Cellulose, Hemicellulose und Zein zu thermoplastischer Maisstärke unter Verwendung von Glycerin als Weichmacher. Studien haben gezeigt, dass Hemicellulose und zeinverstärkte thermoplastische Stärke eine bessere mechanische Festigkeit aufweisen (10,4 MP und 11,5 MPa). Der brasilianische Forscher Guimaraes und andere verglichen die verstärkende Wirkung von Zuckerrohrfasern und Bananenfasern auf thermoplastische Stärke. Es wurde gefunden, dass die Zugeigenschaften der verstärkten Proben signifikant verbessert waren und die Oberflächenhaftung von Zuckerrohrfasern und thermoplastischer Stärke besser war als die von Bananenfasern.
Prachayawarakorn und andere Forschungsinstitute des Royal Emperor Technical College in Rakabang in Thailand führten eine Studie über baumwollfaserverstärkte thermoplastische Reisstärke durch. Es wurde gefunden, dass nach Zugabe von Baumwollfasern die Zugeigenschaften des Materials zunahmen und die Wasseraufnahme abnahm. Im Vergleich dazu sind bei Zugabe des gleichen Gehalts (10%) an Baumwollfaser oder Polyethylen niedriger Dichte die mechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität, die Wasserabsorption und die biologische Abbaubarkeit der mit Baumwollfaser zugesetzten Proben überlegen.
Sreekumar und andere von der Universität von Rouen in Frankreich untersuchten die Wirkung von Sisalfasern auf thermoplastisches Weizenmehl und stellten fest, dass Sisalfasern die Zugeigenschaften von thermoplastischem Weizenmehl verbessern können, seine Fließfähigkeit jedoch abnimmt.
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