1.2挤出成型
挤出成型方法是工业上生产效率最高的一种方法,但淀粉/PVA共混物难以用双螺杆挤出来加工,用单螺杆挤出成型的也不多见。在目前的研究中,在挤出前都使用高速混合机对淀粉、PVA和添加剂进行预混,这样可以避免淀粉颗粒聚结并降低加工成型时的能耗。
L.ZhiQiang用长径比为25的单螺杆挤出机研究淀粉/PVA塑料的最优化配方及性能。结果发现当水和甘油混合作复合增塑剂时,效果最好。水和甘油的最佳比是50:50。使用混合增塑剂可有效提高淀粉/PVA塑料的耐水性能。而且PVA用量的增加,并不能明显地提升共混物机械性能,可能是因为淀粉与聚乙烯醇间的相容性不是很好。
J.S.Park加入CaCO3来抑制淀粉/聚乙烯醇在双螺杆挤出过程中的发泡。先把淀粉、PVA和CaCO3在高速混合机中混匀,然后定量加料到双螺杆挤出机中,同时匀速加入水(总料质量的20%)共混挤出,最后制得泡沫塑料。结果发现,当CaCO3的用量大于淀粉的2%时,可明显改善共混物的机械性能。DSC结果表明:加入CaCO3后泡孔密度增大,泡孔尺寸下降。
于九皋采用单螺杆挤出塑化的方法、正交实验的方法研究了淀粉、聚乙烯醇、甘油体系中各组分对其力学性能的影响,得出力学性能最佳的组成。当甘油/粉体总重=0.25,交联剂/淀粉=0.1,聚乙烯醇/淀粉=1.2,拉伸强度可达到20MPa。并进一步研究了在挤出机中采用高温和剪切作用直接引发淀粉与丙烯酸乙酯的接枝共聚合反应。结果表明,高温和剪切作用可引发淀粉与丙烯酸乙酯的接枝共聚反应,并明显改善淀粉与聚乙烯共混物的力学性能和流变性能。由实验结果得出,螺杆的最佳转速是20r/min。无论是提高接枝物中的接枝率还是增加接枝物在共混物中的质量比例,均可使共混物的力学性能明显提高。
1.3模压成型
M.Zhai先制得热的PVA水溶液,然后把预混好的淀粉与增塑剂加到PVA的热溶液中,恒温2h,形成溶胶状物质,用电子辐射处理后模压成型。结果发现电子辐射可有效改善淀粉/PVA共混物的延展性和机械性能。DSC和FTIR表明电子辐射可使淀粉与PVA发生化学反应,从而提高它们的相容性。实验结果也表明:淀粉/PVA膜中直链淀粉的含量是影响膜的耐水性能的关键因素之一。
R.L.Shogren先把淀粉和硬脂酸镁混匀,然后加入热的PVA溶液形成溶胶,固含量为33%。再用乙酸把pH值调至4.8,恒温半小时后,在190℃下模压成型,得到盘状的淀粉发泡塑料制品。结果表明:PVA的加入可明显改善淀粉的耐水性和脆性。
2淀粉/PVA塑料的研究方法
淀粉/PVA塑料是生物完全降解塑料,对它的研究可以用聚合物通用方法来研究,如机械性能测试、DSC、FTIR、SEM分析等。但除了聚合物通用的研究方法之外,淀粉/PVA塑料还有一些特殊的研究方法,即对淀粉/PVA塑料耐水性和降解性的研究。
2.1耐水性研究
淀粉和PVA均为亲水性聚合物,所以淀粉/PVA塑料极易吸水,含水量对制品的性能有重要影响。因而对淀粉/PVA塑料的耐水性能的研究极为重要。淀粉/PVA塑料的耐水性研究目前有以下几种方法:1)溶胀度分析;2)湿度对性能的影响;3)溶解度分析。
溶胀度分析法是把干燥好并称重的样片完全置于蒸馏水中24h直至溶胀平衡,取出后去掉表面的残余水,重新称量,试样的增重率即为溶胀度。溶胀度分析法是目前使用最为广泛的一种耐水性能分析方法。Y.Yeping用硼砂为交联剂来提高淀粉/PVA共混物的相容性,研究了硼酸和甘油用量对共混物拉伸强度和断裂伸长率的影响。结果表明硼酸的加入可提高淀粉/PVA共混物的机械性能和耐水性能。并发现薄碟的吸水速率的倒数与吸水时间成线性关系。C.Joly用安息酸钠为光敏引发剂,研究了安息酸钠引发交联小麦淀粉与PVA共混物的机械性能和吸水性,并分析了安息酸钠用量对其性能的影响。发现加入交联剂后共混物的吸水率下降;断裂伸长率增大,但对拉伸强度的影响不大。
由此可见,交联反应可有效降低淀粉/PVA的吸水率。淀粉塑料在吸潮后其机械性能会急剧下降,所以也可以用淀粉塑料在不同湿度下的机械性能来表征它的耐水性。M.Lijun发现当甘油用量为粉体总质量的25%时,淀粉/PVA薄膜在相对湿度为50%时的拉伸强度和断裂伸长率约为相对湿度为93%时的2-3倍。
溶解度分析法是把已经溶胀好的试样重新干燥,称重并计算失重,试样的失重率即为溶解度。H.R.Park用溶胀度和溶解度研究了柠檬酸和甘油用量对淀粉/PVA塑料的耐水性能的影响,结果发现,柠檬酸和甘油都可降低淀粉/PVA的吸水率,但加入柠檬酸时的吸水率比甘油为增塑剂时差。
