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全淀粉塑料流變性能的研究

來源: 時間:2016-03-19 17:32:14 瀏覽次數:

理論與實驗研究全淀粉塑料流變性能的研究陳金周,劉宏治,李新法,單愛國,牛明軍,李文江(鄭州大學材料工程學院,河南鄭州450052)I丨對研制的全淀粉塑料的流變性能進行了研究,分析討論了淀粉種類。增塑劑、其它助劑及熔融溫度對全淀粉塑料流變行為的影響。

基金項目:河南省科技攻關資助項目篇,獲省科技進步獎3項。

淀粉作為一種天然生物高分子材料,具有資源豐富、價廉和可再生的優點。與PP、PE等傳統通用塑料相比,更符合現代環境保護的要求。因此淀粉類降解塑料的研究受到了人們的廣泛關注。淀粉塑料品種很多,其中全淀粉塑料能夠完全生物降解解從長遠來看它具有巨大發展潛力。

全淀粉塑料是以淀粉為主要原料,添加少量助劑加工而成的。國內外進行了許多相關研究,并有少量制品試用和分別為不同含水量的玉米淀粉塑料熔體的剪切應力和表觀粘度隨剪切速率的變化曲線。從圖中可知,隨著剪切速率的增加,剪切應力增加,表觀粘度降低;而且隨著水含量的增加,熔體表觀粘度和剪切應力均下降。表明,水對淀粉塑料有明顯的增塑作用。必須指出,加工過程中水59.5:30:10:0.5;各曲線的溫度分別為:為不同潤滑劑含量的玉米淀粉塑料的流變曲線。由可知,潤滑劑的加入,降低了熔體的表觀粘度,流動性提高。這可能是由于潤滑劑中的長鏈柔性亞甲基起到了增塑作用,從而降低了體系的粘流活化能。另外,加入潤滑劑后,不僅降低了熔體流動阻力,而且使得制品的色澤變淺和脫模性得到了改善。表明,在研究的體系中,所用的潤滑劑還起到了熱穩定劑和脫模劑的作用。

2.5溫度的影響從可以看出,熱塑性玉米淀粉的流變性能強烈依賴于溫度的變化。隨著溫度的增加,熔體表觀粘度降低,這符合聚合物熔體流動的自由體積理相應減小,熔體易于流動。而且在較低的溫度時(如130C和140C)表觀粘度隨剪切速率的下降的幅(下轉第8頁)應變e/% 2不同密度PS泡沫塑料應力-應變曲線上升較快。

從A法緩沖材料的應力-應變曲線不難看出,不同密度厚度的各種緩沖材料在應變為10%~50%范圍內,應力與應變基本上呈線性關系。

4.5國產緩沖材料與美國緩沖材料(MIL 304)靜態壓縮特性對比4.5.1PU泡沫塑料靜態壓縮特性對比縮應力-應變曲線見0,從圖中可以清楚的看出,美國產PU泡沫與國產PU泡沫(其密度為0.035g°cm3,應力-應變曲線見)相比較,它們的靜態壓縮應力-應變曲線十分相似,接近于重合,由此可以認為國產PU泡沫的靜態壓縮特性與美國產PU泡沫塑料靜態壓縮特性基本上是相同的。

4.5.2PE泡沫塑料靜態壓縮特性對比縮應力-應變曲線見1,國產PE泡沫密度為0.028g°cm 3,靜態壓縮應力-應變曲線見,從兩條曲線的對比情況來看,當應變小于35 %時,美國曲線約低于國產曲線,當應變在35%~55%時,兩條曲線是重合的,當應變大于55%時,美國曲線上升較國產曲線快,從兩條曲線的整個特征來看,仍然是很相似的,可以認為國產PE泡沫與美國產PE泡沫的靜態壓縮特性很相似。

3PS泡沫塑料靜態壓縮特性對比美國產PS泡沫塑料密度為0.02480-3其靜態壓縮應力-應變曲線見2國產PS泡沫應力-應變曲線見兩圖應力-應變曲線對比可以看出,當應變小于10%時,曲線特征基本相同,當應變在10% ~60%范圍時,美國曲線的應力變化不大,曲線趨于平緩,國產曲線在這一應變范圍內,應力變化較美國曲線應力變化大,當應變大于60%,兩圖PS泡沫的曲線特征又接近相同,總的來看國產PS泡沫靜態壓縮特性與美國相比,有所區別,但仍較為相近。

4通過對國產緩沖材料與美國(MIL―HDBK― 304)緩沖材料靜態壓縮特性對比,可以看出,國產緩沖材料的靜態壓縮特性和美國緩沖材料靜態壓縮特性非常接近,但目前國產緩沖材料特性的穩定性較(上接第3頁)度更大。這可能是因為低溫下仍有少量淀粉粒子未完全熔融所致,但隨著溫度的進一步增加,淀粉的結晶完全熔融后,再提高溫度對表觀粘度影響甚微。當成型溫度在140 ~150°C之間,成型制品表面外觀及塑化效果最好,也正好證明了這一點。

3結語淀粉增塑體系熔體的流變行為隨淀粉種類、增塑劑(水和甘油)、潤滑劑含量和溫度等變化而變化。

剪切速率小于15(1時,表觀粘度隨剪切速率的增加而降低;剪切速率大于1500s時,表觀粘度受剪切速率的影響甚微。由于淀粉本身有大量親水性基團(羥基)的存在,導致其最后制品的耐水性差,尤其在潮濕的環境下,力學性能下降尤為明顯,因此需進一步研究淀粉塑料的耐水性。

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