全淀粉塑料流变性能的研究

理论与实验研究全淀粉塑料流变性能的研究陈金周，刘宏治，李新法，单爱国，牛明军，李文江（郑州大学材料工程学院，河南郑州450052）I丨对研制的全淀粉塑料的流变性能进行了研究，分析讨论了淀粉种类。增塑剂、其它助剂及熔融温度对全淀粉塑料流变行为的影响。

　　基金项目：河南省科技攻关资助项目篇，获省科技进步奖3项。

　　淀粉作为一种天然生物高分子材料，具有资源丰富、价廉和可再生的优点。与PP、PE等传统通用塑料相比，更符合现代环境保护的要求。因此淀粉类降解塑料的研究受到了人们的广泛关注。淀粉塑料品种很多，其中全淀粉塑料能够完全生物降解解从长远来看它具有巨大发展潜力。

　　全淀粉塑料是以淀粉为主要原料，添加少量助剂加工而成的。国内外进行了许多相关研究，并有少量制品试用和分别为不同含水量的玉米淀粉塑料熔体的剪切应力和表观粘度随剪切速率的变化曲线。从图中可知，随着剪切速率的增加，剪切应力增加，表观粘度降低；而且随着水含量的增加，熔体表观粘度和剪切应力均下降。表明，水对淀粉塑料有明显的增塑作用。必须指出，加工过程中水59.5：30：10：0.5；各曲线的温度分别为：为不同润滑剂含量的玉米淀粉塑料的流变曲线。由可知，润滑剂的加入，降低了熔体的表观粘度，流动性提高。这可能是由于润滑剂中的长链柔性亚甲基起到了增塑作用，从而降低了体系的粘流活化能。另外，加入润滑剂后，不仅降低了熔体流动阻力，而且使得制品的色泽变浅和脱模性得到了改善。表明，在研究的体系中，所用的润滑剂还起到了热稳定剂和脱模剂的作用。

　　2.5温度的影响从可以看出，热塑性玉米淀粉的流变性能强烈依赖于温度的变化。随着温度的增加，熔体表观粘度降低，这符合聚合物熔体流动的自由体积理相应减小，熔体易于流动。而且在较低的温度时（如130C和140C）表观粘度随剪切速率的下降的幅（下转第8页）应变e/% 2不同密度PS泡沫塑料应力-应变曲线上升较快。

　　从A法缓冲材料的应力-应变曲线不难看出，不同密度厚度的各种缓冲材料在应变为10%~50%范围内，应力与应变基本上呈线性关系。

　　4.5国产缓冲材料与美国缓冲材料（MIL 304）静态压缩特性对比4.5.1PU泡沫塑料静态压缩特性对比缩应力-应变曲线见0，从图中可以清楚的看出，美国产PU泡沫与国产PU泡沫（其密度为0.035g°cm3，应力-应变曲线见）相比较，它们的静态压缩应力-应变曲线十分相似，接近于重合，由此可以认为国产PU泡沫的静态压缩特性与美国产PU泡沫塑料静态压缩特性基本上是相同的。

　　4.5.2PE泡沫塑料静态压缩特性对比缩应力-应变曲线见1，国产PE泡沫密度为0.028g°cm 3，静态压缩应力-应变曲线见，从两条曲线的对比情况来看，当应变小于35 %时，美国曲线约低于国产曲线，当应变在35%~55%时，两条曲线是重合的，当应变大于55%时，美国曲线上升较国产曲线快，从两条曲线的整个特征来看，仍然是很相似的，可以认为国产PE泡沫与美国产PE泡沫的静态压缩特性很相似。

　　3PS泡沫塑料静态压缩特性对比美国产PS泡沫塑料密度为0.02480-3其静态压缩应力-应变曲线见2国产PS泡沫应力-应变曲线见两图应力-应变曲线对比可以看出，当应变小于10%时，曲线特征基本相同，当应变在10% ~60%范围时，美国曲线的应力变化不大，曲线趋于平缓，国产曲线在这一应变范围内，应力变化较美国曲线应力变化大，当应变大于60%，两图PS泡沫的曲线特征又接近相同，总的来看国产PS泡沫静态压缩特性与美国相比，有所区别，但仍较为相近。

　　4通过对国产缓冲材料与美国（MIL―HDBK― 304）缓冲材料静态压缩特性对比，可以看出，国产缓冲材料的静态压缩特性和美国缓冲材料静态压缩特性非常接近，但目前国产缓冲材料特性的稳定性较（上接第3页）度更大。这可能是因为低温下仍有少量淀粉粒子未完全熔融所致，但随着温度的进一步增加，淀粉的结晶完全熔融后，再提高温度对表观粘度影响甚微。当成型温度在140 ~150°C之间，成型制品表面外观及塑化效果zui好，也正好证明了这一点。

　　3结语淀粉增塑体系熔体的流变行为随淀粉种类、增塑剂（水和甘油）、润滑剂含量和温度等变化而变化。

　　剪切速率小于15（1时，表观粘度随剪切速率的增加而降低；剪切速率大于1500s时，表观粘度受剪切速率的影响甚微。由于淀粉本身有大量亲水性基团（羟基）的存在，导致其zui后制品的耐水性差，尤其在潮湿的环境下，力学性能下降尤为明显，因此需进一步研究淀粉塑料的耐水性。