澱粉基聚合物

粉並不具有真正的熱塑性，但是，經過添加增塑劑（水、甘油、山梨糖等）、剪下、高溫（90℃~180℃），能使澱粉熔化和液化，這已被用於注射、擠出、吹塑設備，如合成塑膠。經過這種聯合（澱粉、水、熱）能保證澱粉的糊化，也就是顆粒組織的分解。隨著分子問氫鍵的裂解，澱粉糊化形成黏性漿，即形成澱粉基聚合物。

基本介紹

• 中文名：澱粉基聚合物
• 外文名：Amyloid polymer
• 基體：澱粉
• 生產起始：澱粉的提取
• 生產方式：溶解澆鑄
• 降解能力：可完全生物降解

澱粉改性

澱粉以顆粒狀態存在，具有結晶區和非結晶區，由於原澱粉的許多性能不能滿足實際套用的要求，如黏度熱穩定性、糊化性能、溶解性等，因此，採取物理、化學和生物化學方法，使原澱粉的結構、物理和化學性質發生改變，產生特定的性能和用途。

澱粉顆粒的大小與製造澱粉塑膠的薄膜厚度有關，澱粉顆粒不溶於冷水，但將乾燥的天然澱粉置於冷水中，它們會經歷一個有限的可逆的溶脹過程，此時小分子只是進入澱粉粒的非結晶部分，與游離的親水基相結合，使澱粉發生膨脹澱粉顆粒保持原有的特徵和晶體的雙折射。若將澱粉懸浮液加熱，達到一定粒度後，澱粉粒突然膨脹，懸浮液變成黏稠的膠狀溶液。這種現象稱為澱粉的糊化，澱粉糊化的性能與製造澱粉塑膠有密切關係。由於澱粉不具備可塑性，需為其進行改性處理，使原澱粉的結構、物理和化學性質發生改變，產生特定的性台和用途。通過處理的澱粉統稱為變性澱粉，變性澱粉的許多物理特性如在水中的溶解度、黏度、膨脹率、流動性、凝沉性以及熱敏性等都優於原澱粉，並且出現一些新的特性，如超吸水性、水不溶性、可塑性等都是原澱粉所不具備的性質，並用這些特性可開發新型產品。

澱粉基聚合物的生產

生產起始

澱粉聚合物的生產起始於澱粉的提取，這個過程取決於澱粉植物的來源，接著是分離纖維、漂漿、乾燥，得到純澱粉。根據所需澱粉聚合物的性能，在乾燥前後對澱粉進行化學修飾，轉變成熱塑性材料，這僅能通過擠壓機來實現，經過連續擠壓和混合或者聯合擠壓混合步驟。

在過去，澱粉塑膠的主要生產方法是溶解澆鑄。在這種方法中，澱粉溶解在合適的溶劑中以使黏性溶液充分流動保證在鑄件表面快速散布。這種溶液澆鑄後，一經乾燥就可得到薄膜。研究人員使用的這種技術有幾個缺點，即薄膜產量小、生產時間長。工業上，通過大旋轉鼓輪上的小細縫或者移動金屬帶進行餵料。可以使用遮罩去除工作區域的有機溶劑。

非結構化修飾

除了在增強塑膠中當作填充物使用外，天然澱粉的熱加工性能差，必須對澱粉進行顆粒非結構化修飾，才能作為生物塑膠。此外，需要與其他聚合物及增塑劑混合，以改進機械性能和阻隔性能。主要的非結構化試劑是水，其扮演兩個角色，促進澱粉糊化作用（通過大分子間大部分氫鍵的破壞使澱粉膨脹，形成一種黏性貼）以及作為增塑劑。但是，除了水之外還需要另外--種增塑劑以降低熔融溫度。

對於純乾澱粉，熔融溫度從220℃變化到240℃，這個範圍包括澱粉分解起始溫度。如果添加非易失性增塑劑，如多元醇，熔融溫度降低，而在高溫和剪下作用下，澱粉可以加工成可塑性熱塑膠，稱為熱塑性澱粉（TPS）。此外，可通過降低膜的水分活性限制微生物的生長。在熱塑性塑膠加工過程中，澱粉中含有的水以及加入的增塑劑發揮著不可或缺的作用，因為它們可以與澱粉形成氫鍵，取代澱粉分子羥基之間的強相互作用，從而轉化成一種熱塑性塑膠。

可生物降解聚合物

關於生物基或可生物降解聚合物，重要的是說明這些材料的可生物降解性。美國材料測試協會和國際標準組織將那些在特定環境下發生重大化學結構變化的塑膠定義為可生物降解塑膠。根據標準方法測試，這些變化導致了物理和化學特性的丟失。生物基聚合物可以是可生物降解聚合物，也可以是非生物降解聚合物。例如，澱粉基聚合物一般是可生物降解的，而結晶聚乳酸幾乎不可降解。當前，科學家主要集中研究三類主要的聚合物材料。

第一類是耐生物降解的傳統塑膠，當聚合物材料表面與土壤接觸時，材料會發生平穩地降解，.土壤中的微生:物無法降解塑膠顆粒，反而引起支持基體的快速崩潰。這種材料通常具有堅不可摧的石油為基礎的基體，這些基體是通過碳或玻璃纖維來強化的。

第二類是可部分降解的聚合物材料，它們比傳統的合成塑膠可更快地降解。這種塑膠的典型生產方法包括在傳統的基體（石油基）周圍環繞天然纖維。處理時，微生物能消耗機體內的天然大分子。剩下的是結構被削弱的材料，邊緣粗糙、開放，可進一步降解。

第三類即最後一類是當前引起研究人員和業界極大興趣的聚合物材料。這些塑膠可完全生物降解，聚合物基體來源於天然物質，如澱粉、微生物生長聚合物，強化纖維來源於普通作物如亞麻和大麻。在適當的溫度、濕度和氧氣條件下，會發生生物降解使塑膠分解成無毒或對環境無害的殘留物質，這些物資再由微生物完全分解成二氧化碳、水。

澱粉基聚合物降解機理

聚合物的降解機理並不十分清楚，一般認為生物降解機理並非單一機理，而是複雜的生物物理、生物化學作用，同時伴有其他的物理化學作用，如水解、氧化等，生物作用與物理化學作用相互促進，具有協同效應。澱粉是二種天然可生物降解聚合物，在微生物作用下分解為葡萄糖，最後代謝為水和二氧化碳。

澱粉基聚合物的降解可分為兩個過程：澱粉被真菌、細菌等微生物侵襲，逐漸消失，在聚合物中形成多孔破壞結構，機械強度下降，增大了聚合物的表面積，從而有利於進一步自然分解；澱粉降解觸發促氧化劑和自氧化劑的作用，能切斷高分子長鏈，使高分子的相對分子質量變小，直到聚合物的相對分子質量小到可被微生物代謝的程度，最後生成水和二氧化碳等小分子化合物，進入大自然的循環。這兩個過程是相互促進的。

澱粉基降解塑膠的生物降解性是因澱粉連續相的存在，保證微生物及酶迅速接近膜中的澱粉內含物而發生的。