全淀粉塑料流变性能研究

研究背景

淀粉作为一种天然生物高分子材料，具有资源丰富、价格低廉和可再生的优点。与传统塑料（如PP、PE）相比，淀粉塑料更符合环保要求，因此备受关注。全淀粉塑料以淀粉为主要原料，添加少量助剂加工而成，具有完全生物降解的特性，未来发展潜力巨大。

研究内容

本研究探讨了淀粉种类、增塑剂、其他助剂及熔融温度对全淀粉塑料流变性能的影响，分析了其流变行为。

实验结果与分析

1. 淀粉种类与含水量对流变性能的影响

• 随着剪切速率的增加，剪切应力增加，表观粘度降低；

• 含水量增加时，熔体表观粘度和剪切应力均下降，表明水对淀粉塑料具有增塑作用。

2. 润滑剂对流变性能的影响

• 润滑剂的加入降低了熔体表观粘度，提高了流动性；

• 润滑剂中的长链柔性亚甲基起到增塑作用，降低了体系的粘流活化能；

• 润滑剂还兼具热稳定剂和脱模剂的功能，改善了制品色泽和脱模性。

3. 温度对流变性能的影响

• 随着温度升高，熔体表观粘度降低，符合聚合物熔体流动的自由体积理论；

• 在较低温度（如130℃~140℃）时，表观粘度随剪切速率下降幅度较大，可能是由于部分淀粉粒子未完全熔融；

• 当温度达到140℃~150℃时，淀粉结晶完全熔融，进一步提高温度对表观粘度影响甚微，此时成型制品表面外观及塑化效果最佳。

结论

1. 流变行为的影响因素

• 淀粉增塑体系熔体的流变行为受淀粉种类、增塑剂（水和甘油）、润滑剂含量和温度等因素影响。

2. 剪切速率的影响

• 当剪切速率小于1500 s⁻¹时，表观粘度随剪切速率增加而降低；

• 当剪切速率大于1500 s⁻¹时，表观粘度受剪切速率影响较小。

3. 耐水性问题

• 由于淀粉分子中含有大量亲水性基团（羟基），导致制品耐水性差，尤其在潮湿环境下力学性能显著下降，需进一步研究改善。

对比研究：国产与美国缓冲材料静态压缩特性

1. PU泡沫塑料

• 国产PU泡沫与美国产PU泡沫的静态压缩应力-应变曲线几乎重合，表明两者静态压缩特性基本相同。

2. PE泡沫塑料

• 当应变小于35%时，美国曲线略低于国产曲线；

• 当应变在35%~55%时，两条曲线重合；

• 当应变大于55%时，美国曲线上升较快，但整体特征相似。

3. PS泡沫塑料

• 当应变小于10%时，曲线特征基本相同；

• 当应变在10%~60%时，美国曲线趋于平缓，国产曲线应力变化较大；

• 当应变大于60%时，两条曲线特征接近。

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总结：国产缓冲材料的静态压缩特性与美国缓冲材料非常接近，但国产材料的稳定性仍需提升。