Ganzstärkekunststoff [1] bezieht sich hauptsächlich auf thermoplastische Stärke. Thermoplastische Stärke wurde Ende des 20. Jahrhunderts auf der Grundlage des Konzepts der gesamten Stärke entwickelt, das auf dem Gebiet der international abbaubaren Materialien vorgeschlagen wurde. In dem gesamten Stärkekunststoff wird der herkömmliche Kunststoff auf Erdölbasis nicht zugesetzt, Stärke ist das Hauptmaterial, der Stärkegehalt ist hoch und andere zugesetzte Komponenten können abgebaut werden.
Thermoplastische Stärke wird auch als "unstrukturierte Stärke" bezeichnet. Die Stärkestruktur wird durch ein bestimmtes Verfahren gestört, um sie thermoplastisch zu machen. Das Stärkemolekül hat eine Polysaccharid-Molekülstruktur und enthält eine große Anzahl von Kettgruppen. Aufgrund der inter- und intramolekularen Wasserstoffbindung ist die Schmelztemperatur höher und die Zersetzungstemperatur niedriger als die Schmelztemperatur. Die Moleküle zersetzen sich ohne zu schmelzen. Traditionelle mechanische Kunststoffverarbeitungsverfahren verwenden meistens das Thermoformen. Um also ganze Stärkekunststoffe auf Stärkebasis herzustellen, muss natürliche Stärke thermoplastisch gemacht werden. Diese Thermoplastizität kann durch Veränderung der Kristallstruktur im Inneren des Stärkemoleküls erreicht werden. Es zerstört die intra- und intermolekularen Wasserstoffbrücken und zerstört die Doppelhelix-Kristallstruktur von Stärkemolekülen. Dies verringert die Schmelztemperatur der Stärke und macht sie thermoplastisch.
Die Herstellung von thermoplastischer Stärke erfolgt meist durch Extrudieren, Spritzen, Formen usw. Die verwendeten Weichmacher sind im allgemeinen Wasser, Glycerin und dergleichen. VanSoest von der Universität Utrecht in den Niederlanden hat die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischer Stärke mit Wasser als Weichmacher untersucht. Die zugesetzte Wassermenge sollte zwischen 5% und 15% liegen. Unterhalb von 5% ist das Material sehr spröde und kann nicht gemessen werden. Wenn die zugesetzte Menge etwa 15% beträgt, wird das Material weich und schwierig zu formen. Wenn der Wassergehalt zwischen 5% und 7% liegt, sind die Materialeigenschaften ähnlich wie bei spröden Materialien, und es wird keine Fließgrenze beobachtet. Stepto et al., Universität Manchester, UK, verwendeten Wasser als Weichmacher, um Kartoffelstärke zu modifizieren, und analysierten seine mechanischen Eigenschaften. Ihre Weichmacher wurden in drei Mengen von 9,5%, 10,8% und 13,5% zugesetzt. Durch die Analyse der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann festgestellt werden, dass der Anfangsmodul der Probe in der Nähe von HDPE und PP liegt, die 1,5 MPa betragen. Die Streckgrenze der Probe ist umgekehrt proportional zum Weichmachergehalt, und die Streckgrenze der Probe beträgt 68 N / mm², wenn der Wassergehalt auf 13,5% ansteigt, sinkt ihre Streckgrenze auf 42 N / mm². mm2. Robbert et al. Von der Universität Groningen in den Niederlanden wurde Glycerin als Weichmacher verwendet, um eine Vielzahl verschiedener Stärken zu analysieren. Die Glasübergangstemperatur (Tg) von Stärke beeinflusst auch die mechanischen Eigenschaften der Probe. Die Tg ist niedrig und die Zugfestigkeit, der Modul, die Bruchdehnung und die Schlagfestigkeit des Versuchs sind erhöht, während die Tg in der Stärke mit hohem Amylosegehalt relativ niedrig ist. Je höher der Amylosegehalt in der Stärke ist, desto weicher ist das Stärkeprodukt. Nach Robberts Experimenten liegt die Zugfestigkeit von Wachsmais mit 25% Weichmacher nahe bei 10 MPa und die Bruchdehnung bei 110%. Es ist die umfassende Leistung von Stärke **. Die Peking University und Yosbii vom Japan Atomic Energy Research Institute untersuchten Kunststoffe auf Stärkebasis unter Verwendung von Glycerin und Polyethylenglycol als Weichmacher für die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen. Der Film auf Stärkebasis wurde erfolgreich hergestellt, und es wurde festgestellt, dass Bestrahlung chemische Reaktionen jedes Komponentenmoleküls hervorrufen kann, um eine vollständige Netzwerkstruktur zu bilden und die Zugeigenschaften des Films zu verbessern.
Aus den obigen Studien ist bekannt, dass Stärke modifiziert werden kann, um thermoplastische Stärke zu erhalten, und die Leistung von thermoplastischer Stärke kann durch Ändern von Verarbeitungsverfahren, Arten von Weichmachern und anderen Mitteln verbessert werden.
Da thermoplastische Stärke die Nachteile schlechter mechanischer Eigenschaften und starker Wasserabsorption aufweist, haben Forscher begonnen, die Verwendung von Fasern als Verstärkungsmittel und deren Zugabe zur thermoplastischen Stärkematrix in Betracht zu ziehen, um die Leistung des Materials zu verbessern. Sowohl Naturfasern als auch Stärke haben eine Polysaccharid-Molekülstruktur. Beim Mischen von Fasern mit thermoplastischer Stärke kann ein besserer Verstärkungseffekt erzielt werden.
Curvelo, das brasilianische San Carlos Chemical Research Institute, verwendet Riesenschwanzfasern als Verstärkungsmittel, um die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischer Stärke zu verbessern. Im Vergleich zu unverstärkter thermoplastischer Stärke hat verstärkte thermoplastische Stärke die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul um 50% erhöht. Und es wird der Schluss gezogen, dass die Wasseraufnahme des Materials mit zunehmendem Fasergehalt abnimmt.
Gaspar et al. Von der Universität Budapest in Ungarn wurden der thermoplastischen Maisstärke Cellulose, Hemicellulose und Zein unter Verwendung von Glycerin als Weichmacher zugesetzt. Studien haben ergeben, dass die mechanische Festigkeit von Hemicellulose und zeinverstärkter thermoplastischer Stärke besser ist (10,4 MP). Und 11,5 MPa). Der brasilianische Forscher Guimaraes und andere verglichen den Verstärkungseffekt von Zuckerrohr- und Bananenfasern auf thermoplastische Stärke. Es wurde festgestellt, dass die Zugeigenschaften der verstärkten Proben signifikant verbessert waren und die Oberflächenbindung zwischen Zuckerrohrfaser und thermoplastischer Stärke besser war als bei Bananenfasern.
Prachayawarakorn und andere technische Institute des Lakabang Sangha Technical College in Thailand haben Untersuchungen zu baumwollfaserverstärkter thermoplastischer Reisstärke durchgeführt und festgestellt, dass sich die Zugeigenschaften und die Wasseraufnahme des Materials nach Zugabe von Baumwollfasern verschlechtern. Im Vergleich dazu sind die mechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität, die Wasserabsorption und die biologische Abbaubarkeit der Baumwollfaserprobe besser, wenn derselbe Gehalt (10%) an Baumwollfaser oder Polyethylen niedriger Dichte zugesetzt wird.
Sreekumar von der Universität Rouen in Frankreich und andere Forscher untersuchten die Wirkung von Sisalfasern auf thermoplastisches Weizenmehl und stellten fest, dass Sisalfasern die Zugeigenschaften von thermoplastischem Weizenmehl verbessern können, die Fließfähigkeit jedoch abnimmt.
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