低密度聚乙烯/马铃薯淀粉塑料的加工工艺与性能研究<a hr

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淀粉作为一种天然有机填料，具有来源广泛，价格低廉，可促进塑料废弃物降解等众多优点，大量用于塑料薄膜、一次性快餐盒等包装领域。玉米淀粉因颗粒细小（平均粒径2 ~30pm），填充效果好，应用广泛，但所生产的薄膜类包装制品透明度不佳，快餐盒等非透明包装制品白度不高。马铃薯淀粉则具有高透明度、高白度的优点，但是其在一般商业用淀粉中的颗粒最大（平均粒径15~120pm），易团聚结块，导致填充效果差，致使其在填充型包装用淀粉塑料中应用很少。　　为此，笔者针对马铃薯淀粉填充效果不佳的缺点展开研究，以低密度聚乙烯（PE~LD）为基体树脂，在双辊塑炼工艺、淀粉预处理、加工工艺路线等方面进行了探索研究，以期能够获得可以用于包装领域的PE~LD/马铃薯淀粉塑料。　　工艺路线1：淀粉、偶联剂高速混合加入PE~LD，双辊塑炼并拉片一>压制成型一制样一测试，工艺路线2：淀粉、偶联剂―高速混合―加入PE~LD，双螺杆挤出造粒一>压制成型一制样一测试。　　1.4性能测试1843-2008测试，试样缺口底部剩余宽度8mm；将试样在液氮中脆断，对断面进行真空镀金处理，然后利用SEM观察其微观形貌并拍照。　　2结果与讨论2.1马铃薯淀粉、玉米淀粉在PE~LD中的分散情况对比12所示为马铃薯淀粉、玉米淀粉在PE~LD中的分散情况（两种淀粉的用量均为20份，均采用工艺路线1）。由可见，马铃薯淀粉在PE~LD中分散情况很差，团聚结块现象严重，而玉米淀粉在PE-LD中分散较均匀，无结块现象。　　a―PE-LD/马铃薯淀粉；b―PE-LD/玉米淀粉马铃薯淀粉、玉米淀粉在pe~ld中的分散情况2.2双辊塑炼工艺筛选及其对马铃薯淀粉分散情况的影响固定PE-LD/马铃薯淀粉的质量比为100/30，考察了辊温、辊距、塑炼时间等塑炼工艺对马铃薯淀粉填充效果的影响，结果如表1~表3所示。由表1~表3可知，当前辊温度为100C、后辊温度为90C、辊距为1mm、塑炼时间为10min时，塑炼过程顺利，但升高辊温、减小辊距及延长塑炼时间，对马铃薯淀粉团聚结块现象无改善。　　表1辊温对马铃薯淀粉分散情况的影响前辊温度/C后辊温度/C由表4可以看出，干燥处理有利于淀粉塑料力表4马铃薯淀粉预处理对淀粉塑料性能的影响处理方式缺口冲击强度/k拉伸强度/拉伸弹性模量/MPa断裂伸长率/%未干燥、未用偶联剂处理干燥、未用偶联剂处理干燥、偶联剂处理学性能的提高，这说明其对马铃薯淀粉团聚现象有一定改善。马铃薯淀粉经干燥并经偶联剂处理后，除断裂伸长率有所下降外，淀粉塑料其余的力学性能指标均有提高，缺口冲击强度较未干燥、未用偶联剂处理时提高44%，拉伸强度提高25%，宏观上基本观察不到马铃薯淀粉的团聚现象。原因在于，淀粉为亲水性物质，易吸湿，若不经干燥直接添加则所含水分会使材料劣化，也会削弱偶联剂的作用0.而经干燥及偶联剂处理后，淀粉粒子间引力下降，斥力增加，从而不易团聚结块。　　由以上分析可知，相比加工工艺，干燥及偶联剂处理在改善马铃薯淀粉的团聚结块现象中起到更重要的作用。因此对采用以上三种处理方式的淀粉塑料的冲击断面进行SEM观察，如所示。　　a―未f.未用偶联剂处a；b―于燥、未用偶联剌处押：c干埔，偶联剂处瑰二种处理方式F的淀粉塑料的冲击断SEM照片由a可以看出，马铃薯淀粉团聚现象明显，经干燥处理后淀粉团聚现象有所改善，如b所示。a、2b中淀粉粒子与基体界面结合不牢，脆断时粒子极易脱落，故有较多粒子脱落后留下的孔洞。而由c可以看出，淀粉经铝酸酯偶联剂处理后，无明显“团聚”现象，淀粉粒子与基体的结合情况得到较大的改善，故断面只有较少孔洞留下。结合表4，可以说明干燥及偶联剂处理加强了马铃薯淀粉与基体的界面结合，改善了其团聚结块现象，提高了淀粉塑料的力学性能。　　2.5加工工艺路线对淀粉塑料性能的影响相对于双辊塑炼机，双螺杆挤出机的剪切较强，可以改善马铃薯淀粉的团聚现象。将30份马铃薯淀粉经干燥及用质量分数为1%的偶联剂处理后，按工艺路线1及工艺路线2分别制得PE~LD/马铃薯淀粉塑料试样，其力学性能如表5所示。　　表5加工工艺路线对PE-LD/马铃薯淀粉塑料性能的影响工艺路线缺口冲击强拉伸强度/拉伸弹性模断裂伸长率/路线1路线2由表5可知，采用工艺路线2所得试样的缺口冲击强度和断裂伸长率高于采用工艺路线1所得的试样，拉伸强度变化不大，拉伸弹性模量则稍有下降。这说明采用工艺路线2可以提高淀粉塑料的初性，但对其强度影响不大。但。由可以看出，添加马铃薯淀粉的片材白度明显优于添加玉米淀粉的片材。　　笔者采用双辊塑炼工艺，对马铃薯淀粉采用干燥及偶联剂处理，解决了马铃薯淀粉易团聚结块的问题，并且所制得的PE~LD/马铃薯淀粉塑料白度较高，可代替玉米淀粉应用在白度要求较高的塑料包a―马铃薯淀粉；b―玉米淀粉PE-D/马铃薯淀粉塑料与PE-LD/玉米淀粉塑料的白度对比装袋、快餐盒等包装领域中。　　3结论马铃薯淀粉在PE~LD中有明显团聚结块现象，分散效果明显比玉米淀粉差。改变双辊塑炼工艺对马铃薯淀粉团聚结块现象无改善。　　马铃薯淀粉经干燥并经质量分数为1%的铝酸酯偶联剂处理后，塑炼过程中淀粉不再团聚结块，且淀粉塑料的缺口冲击强度较处理前提高44%，拉伸强度提高25%.与双辊塑炼拉片然后压制成型的工艺相比，采用双螺杆挤出然后压制成型，所制得的淀粉塑料的初性较高，但强度变化不大，并且挤出造粒后淀粉塑料的白度下降，有泛黄倾向。　　与玉米淀粉相比，PE~LD/马铃薯淀粉塑料具有更好的白度，可应用在对白度要求较高的塑料包装袋、快餐盒等包装领域中。