全澱粉塑料

熱塑性澱粉也稱為“無構澱粉”，通過一定的方法使澱粉結構無序化，使之具有熱塑性。澱粉分子為多糖分子結構，含有大量羥基，由於其分子間及分子內氫鍵的作用，使其熔融的温度較高，而其分解温度要低於其熔融温度，因此在熱加工時，澱粉分子未熔化而先分解。傳統塑料機械加工方法多采用熱加工成型，因此要製得澱粉基全澱粉塑料需要使天然澱粉具有熱塑性。這種熱塑性可以通過改變澱粉分子內部結晶結構實現。破壞分子內及分子間氫鍵，打亂澱粉分子雙螺旋結晶結構，這樣會使澱粉熔融温度降低，使其具有熱塑性。

熱塑性澱粉的製備工藝多采用擠出、注射和模壓等，使用的增塑劑一般為水、甘油等。荷蘭烏德勒支大學van Soest以水為增塑劑對熱塑性澱粉的力學性能進行了研究，水的添加量應該在5%—15%之間，低於5%時，材料非常脆，無法進行測定，而添加量大約15%時，材料變得比較軟，成型較難，含水量在5%—7%時，材料性能與脆性材料相似，觀察不到屈服點。英國曼徹斯特大學Stepto等用水作為增塑劑對馬鈴薯澱粉進行改性，並對其力學性能進行了分析。他們增塑劑的添加量選取了9.5%、10.8%、13.5%三個水平。通過分析應力一應變曲線可知，試樣的起始模量與HDPE, PP接近，為1.5MPa；試樣的屈服強度與增塑劑含量成反比，含水9.5%時的試樣屈服強度為68 N/mm2，當含水量增加到13.5%時，其屈服強度降為42 N/mm2。荷蘭格羅寧根大學Robbert等以甘油作為增塑劑對多種不同澱粉進行了分析。澱粉的玻態轉化温度（Tg）對試樣的力學性能也有影響。Tg低，實驗的拉伸強度、模量、斷裂伸長率和衝擊強度等增加，而直鏈澱粉含量高的澱粉中Tg比較低。所以澱粉中直鏈澱粉含量越高，澱粉產品越柔軟。經Robbert實驗測定，含25%增塑劑的蠟質玉米的拉伸強度接近10 MPa，斷裂伸長率110%，是選用澱粉中綜合性能最好的。北京大學與日本原子能研究所的Yosbii等研究了用電子束輻照用甘油和聚乙二醇作為增塑劑的澱粉基塑料。成功製得了澱粉基薄膜，並發現輻照可以使各組分分子發生化學反應，形成完整網絡結構，增強薄膜的拉伸性能。

由以上的研究可知，可以對澱粉進行改性，得到熱塑性澱粉，並通過改變加工方法、增塑劑種類等手段改善熱塑性澱粉的性能。

由於熱塑性澱粉具有機械性能差、吸水性強等缺點，研究者開始考慮用纖維作為強化劑，添加到熱塑性澱粉基體中，改善材料的性能。天然纖維與澱粉同為多糖分子結構，將纖維與熱塑性澱粉共混，能得到較好的強化效果。

巴西聖卡羅斯化學研究所Curvelo等用巨尾按纖維作為強化劑來改善熱塑性澱粉的機械性能。強化型熱塑性澱粉與未強化型熱塑性澱粉相比，拉伸強度增加了100%，彈性模量增加了50%。並且得出材料的吸水性隨着纖維含量的增加而減少的結論。

匈牙利布達佩斯大學Gaspar等在用甘油作為增塑劑的熱塑性玉米澱粉中加入了纖維素、半纖維素和玉米蛋白，研究發現，半纖維素和玉米蛋白強化型熱塑性澱粉的機械強度較好（10.4MP和11.5MPa）。

巴西研究者Guimaraes等對甘蔗纖維和香蕉纖維對熱塑性澱粉的強化作用進行了對比。發現強化後的試樣拉伸性能明顯增強，甘蔗纖維與熱塑性澱粉的表面結合性要比香蕉纖維好。

泰國拉卡邦先皇技術學院Prachayawarakorn等對棉纖維強化的熱塑性大米澱粉進行了研究，發現在加入棉纖維後材料的拉伸性能增加、吸水性下降。通過對比發現，在加入相同含量（10%）的棉纖維或低密度聚乙烯時，加入棉纖維的試樣機械性能、熱穩定性、吸水性和生物降解性等指標均較優。

法國魯昂大學Sreekumar等研究了劍麻纖維對熱塑性小麥粉的影響，發現劍麻纖維可以增強熱塑性小麥粉的拉伸性能，但是其流動性會下降。