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通过正交实验得到了各因素对材料性能的影响程度，对拉伸强度的影响：纤维>PVA>活性碳酸钙；对耐水性的影响：纤维<活性碳酸钙<PVA。碳酸钙在配料中起填料作用，目的是为了增大产品的稳定性，降低生产成本，其用量增大，产品的拉伸强度逐渐下降，耐热性能先升后降。纤维具有较强的机械强度和化学稳定性，它在产品中起骨架作用，可以显著提高产品的拉伸强度，但加入量过多时会使淀粉和碳酸钙由连续相转换为非连续相，影响它们和纤维间的充分结合，导致耐水性下降。碳酸钙作为无机填料与基体树脂界面存在大小不一的空穴，受外力时这些缺陷使力学性能随无机填料的添加比例提高而下降；无机填料本身具有耐水性，其用量增加会使耐水性提高，但加入量过多时会影响淀粉、碳酸钙和纤维之间的紧密结合，导致耐水性下降。 冯孝中等人研究了秸秆粉（主要成分为植物纤维）和轻质碳酸钙为主体、PVA和淀粉为胶粘剂的可降解模塑粉体系的构成、制备方法及模压成型工艺。利用该模塑粉，采用压缩模塑工艺，可制成生物降解的餐饮具、禽蛋包装托盘等，符合环保的要求。其中淀粉的用量对材料性能影响较大，淀粉与PVA并用对极性材料体系有协同作用，淀粉自身糊化后对秸秆粉也有一定的胶结作用。适当提高淀粉含量对加工性、制品外观、冲击强度均有利，但淀粉含量高时对设备粘附力强，对塑炼和模压操作有一定影响。植物纤维即秸秆粉用量过多时纤维间易相互缠结造成混合及塑炼的困难，过少时纤维之间难以搭接成桥，对冲击强度提高不大。 荷兰瓦赫宁根农业大学研制出来不含石化产品的可降解生物塑料，这种材料用小麦、玉米、马铃薯淀粉制作，并掺人大麻纤维以提高强度。可用作包装涂层、食物储藏箱、垃圾箱衬里、购物袋以及农用薄膜等。这种材料能完全溶于水，降解后成为水和二氧化碳。美国科学家采用小麦秸秆的纤维和麦粒中的淀粉制成的快餐包装盒，是一种价格便宜、对环境无污染的包装快餐新材料。用小麦秸杆纤维和麦粒淀粉制成的快餐包装盒，不仅完全可以生物降解，而且比常用的纸板包装盒和土豆淀粉包装盒，保温的时间要长一些。如果把废弃的这种包装盒扔在肥料堆中，不仅不会污染环境，而且还能转化为肥料，应用前景十分看好。 1.2在缓冲、运输包装领域中的应用 泡沫塑料是运输包装中最重要的缓冲材料，主要用于工业品的防震内衬，应用领域涵盖电子、机械零部件、工业仪表、电工、工具、家电、玻璃制品等行业。产品可生物降解，有利于回收，适用范围广，综合成本低工艺简单，防静电、防腐蚀性能较好。淀粉和纤维两大天然高分子材料在替代传统的泡沫塑料中也有着巨大的潜能，国内外十分重视且研究较多。 G.M.Glenn等研究了用烘焙法制备淀粉发泡缓冲材料时，CaCO3及纤维对制品物理性能的影响。结果表明：纯淀粉制备的发泡缓冲材料与聚苯乙烯泡沫塑料相比，具有较低的断裂挠曲力和较小的断裂伸长；CaCO3不能提高发泡缓冲材料的机械性能，但使密度较纯淀粉发泡缓冲材料大；纯淀粉中加入纤维使制品密度降低，断裂挠曲力显著提高，当淀粉与纤维的比例大约为5：1时，断裂挠曲力比使用纯淀粉时高5%，断裂伸长增加到原来的两倍。 R.L.Shogren等的研究表明：淀粉中添加5～10%的纤维就能制备较高强度的发泡缓冲材料，尤其在湿度较高及温度较低时效果更显著；电镜分析表明：淀粉与纤维基体粘结良好，起到增强的作用，当湿度降低淀粉变得较脆时，纤维能起到“桥”的作用，连接断裂面；当湿度较高时，无定形的泡沫结构开始变软，而纤维网络结构使制品强度增大，这可能是由于纤维的加入使得粘度及耐膨胀性增加。 德国不莱梅的PSP公司已开发出由旧书报、废纸和面粉作原料生产可替代泡沫塑料的材料。实质上这也是淀粉和植物纤维结合利用的实例。该工艺先将回收的旧书报切成碎条，再分散成纤维状纸浆，将其和面粉2：1的比例混合，混合后的纸浆料注入挤压机，压成圆柱颗粒，形成泡沫纸，用泡沫纸颗粒作原料，可以根据不同需要，生产不同形状的包装材料。该泡沫纸可一次成型，无需化学添加剂，使用后可回收重新加工。 干法纸浆模铸法（简称DMPM）制备的包装材料也是淀粉与植物纤维结合利用的一种应用。它可替代传统的聚苯乙烯发泡塑料作为商品的缓冲包装。这种包装材料的主要成份是废纸（主体即植物纤维）和淀粉，二者的比例大约为7：3，其主要优点是价格便宜，在自然环境下可迅速发生降解。DMPM制品已用于摩托车、汽车部件、发动机、变压器等较重产品的运输包装，并可生产垫板、一次性便壶水果包装盒等。 张绍印等作了干法纸浆模铸法制备缓冲包装制品的研究。DMPM轻体包装制品的生产主要分为废纸粉碎、淀粉糊的制备、小粒子的膨化和模铸成型等工艺过程。是将废纸粉碎后与制备好的淀粉糊混合粘结，再切成小粒子加压膨化后送人模具热压，脱模后即为纸成型品。其中淀粉糊的制备即通过淀粉及其他辅料制备氧化淀粉粘合剂。作为粘合剂须与被粘合物有良好的亲合力，才能润湿被粘物，从而产生较大的粘合力，这就要求粘合剂的分子结构上应具备较多的极性基团，使其与纸纤维上的OH的产生作用力。淀粉经氧化后一些糖苷键断裂，分子质量变小，而且在葡萄糖结构单元中的C2、C3、C6键形成的结晶区也被氧化破坏，形成羰基和羧基，从而增强了在纸上形成胶膜的塑性，提高了材料的弹性模量。碎纸在轻体包装材料中所起的是增强纤维的作用，要想获得体积密度小的轻体包装材料，关键取决于淀粉能否形成具有大量细微薄壁气室的织态结构。废纸纤维与淀粉在膨化过程机理与纯淀粉膨化的机理是一致的。要想提高孔隙率及封闭孔的百分率，首先应使纸屑和淀粉混合得尽量可能均匀，并可加入碳酸氢钠一类的发泡剂。碳酸氢钠分解温度低，特别符合纸材料的物性，在加温、加压膨化过程中释放二氧化碳，在一定程度上改变了材料的内部孔隙率。 2.淀粉和纤维在降解材料中综合利用的发展前景 淀粉和植物纤维这两大天然材料有着无可比拟的优势。随着人类环保意识的增强和各国环保法规的完善，以淀粉和植物纤维为代表的天然高分子生物降解材料的潜在市场是巨大的，尤其是在一次性包装制品，如餐饮和医用领域当中。对于淀粉原料，国外如美国多年来库存数量巨大，我国近年来也大量压库，因此急需开拓利用，同时也需要提高其附加值来促进农业生产。天然纤维原料是自然界中丰富的有机原料，其品种众多，如谷壳、结秆、草纤维和木材加工废弃物等。我国是生产稻谷的大国，每年废弃的谷壳超过5亿t，而木材加工的废弃物也在3000万t以上，毋庸置疑纤维原料丰富价廉。这两大天然材料在可降解材料中的有机结合及综合利用已越来越被人们所重视，通过分子结构上的合理改性及工艺条件上的完善是技术领域中的发展趋势。相信淀粉和纤维二者的合理利用将推动可降解包装材料的使用性能和降解性能的不断提高和完善，为解决环境污染和节约能源做出更大的贡献。 |
