天然高分子材料在新型PVF泡沫塑料中的应用(上)

2007/8/10 15:04:24

[摘要] 淀粉和纤维素作为天然高分子材料，被广泛应用于泡沫塑料中。在新型PVF泡沫塑料中添加淀粉和纤维素后，对于泡沫塑料的力学性能和降解性能的改善都起到了一定的作用。天然高分子材料在泡沫塑料中的应用必将前景广阔。　　[关键词] 淀粉纤维素 PVF泡沫塑料降解　　1.前言　　泡沫塑料是一种以塑料为基本组分，内部含有大量气泡孔隙的多孔塑料制品。其品种繁多，由于其特有的性质：相对密度低、隔热性能优良、吸收冲击载荷性好、隔音效果佳、比强度高等被作为缓冲材料广泛应用于包装领域。PVF泡沫塑料，早在1934年就开始出现，这类热塑性材料具有很好的弹力和柔韧性，与其他泡沫塑料，如PE、PS、PU等相比，此种泡沫塑料性能比较独特，干态时，比较坚硬，是一种冲击强度高、压缩弹性模量较大的硬质泡沫塑料；一旦沾附水后，就会变成一种柔软富有弹性并能防止微生物的软质泡沫塑料。然而，PVF泡沫塑料具有大部分热塑性塑料通有的问题：废弃后难于降解，会造成严重的白色污染，而解决这一问题的重要途径之一，即是降解。　　一般降解按降解原理可分为四大类：光降解、生物降解、光-生物降解和水降解，由于考虑到泡沫塑料作为包装用，成本不宜过高，故目前采用生物降解法居多。而淀粉和纤维素作为两种重要的天然高分子材料在泡沫塑料的降解及增加它们的附加值上扮演了非常重要的角色。这是因为淀粉和纤维素在各种环境中都具备完全的生物降解能力，在降解灰化后，生成CO2和H2O，不对环境造成污染，另外，它们作为由生物合成的可再生资源，是取之不尽，用之不竭的有机材料，其产量丰富，价格低廉，因此天然高分子材料在泡沫塑料的开发应用必然前景广阔。　　2．淀粉的分类、结构与性质　　淀粉是刚性较强而又含有许多羟基基团的天然高分子，分子内又有许多羟基形成的氢键，它是由许多葡萄糖分子缩聚而成的高聚体，分子式为（C6H10O5）n，根据分子结构不同分为直链淀粉和支链淀粉两种。图1和图2为直链淀粉和支链淀粉的结构示意图。　　直链淀粉可以溶解，聚合度约在100~6000之间，例如玉米淀粉的聚合度在200~1200之间，平均约800，而支链淀粉是不溶解的。普通淀粉多由直链淀粉和支链淀粉共同组成，如普通玉米淀粉含直链淀粉27%，支链淀粉占70~80%。淀粉中直链淀粉与支链淀粉的比例依赖于淀粉的来源和提取淀粉的方法。由于淀粉结构中含有大量羟基，因此，它的结晶度较大，一般玉米淀粉的结晶度可达39%，结晶度这样高的淀粉，其熔点不高，无法加工。因此采用对淀粉进行接枝改性和引入各种增塑剂破坏淀粉的结晶度，使其具有可加工性。　　3.纤维素的结构与性质　　纤维的主要成分就是纤维素，因此有必要了解纤维素的结构与性质。纤维素在分子结构上与淀粉分子相似，它的分子组成也为（C6H10O5）n，是以D-吡喃式葡萄糖基作为其结构基环，基环间以β-苷键连接，由脱水D-吡喃式葡萄糖单元通过相邻糖单元的1位和4位之间的β-苷键连接而成的线性高分子聚合物。它具有很高的聚合度，纤维素糖链间通过氢键堆积起来，形成紧密的结晶构造。天然纤维素类物质的组成成分主要是木质素、纤维素和半纤维素。其结构示意如图3：

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