Plastique d'amidon entier
Le plastique d'amidon entier se réfère principalement à l'amidon thermoplastique. L'amidon thermoplastique a été développé à la fin du XXe siècle sur la base du concept d'amidon entier, proposé dans le domaine des matériaux dégradables internationaux. Dans le plastique d'amidon entier, le plastique traditionnel à base de pétrole n'est pas ajouté, l'amidon est le matériau principal, la teneur en amidon est élevée et d'autres composants ajoutés peuvent être dégradés.
L'amidon thermoplastique est également appelé "amidon non structuré". La structure de l'amidon est désordonnée par une certaine méthode pour la rendre thermoplastique. La molécule d'amidon est une structure moléculaire polysaccharidique et contient un grand nombre de groupes hydroxyle. En raison de la liaison hydrogène intermoléculaire et intramoléculaire, la température de fusion est plus élevée et la température de décomposition est inférieure à la température de fusion. Par conséquent, pendant le traitement thermique, les molécules d'amidon se décomposent sans fondre. Les méthodes traditionnelles de traitement mécanique des plastiques utilisent principalement le thermoformage, donc pour fabriquer des plastiques d'amidon entier à base d'amidon, l'amidon naturel doit être thermoplastique. Cette thermoplasticité peut être obtenue en modifiant la structure cristalline à l'intérieur de la molécule d'amidon. Il détruit les liaisons hydrogène intra et intermoléculaires et perturbe la structure cristalline à double hélice des molécules d'amidon. Cela réduira la température de fusion de l'amidon et le rendra thermoplastique.
La préparation de l'amidon thermoplastique utilise principalement l'extrusion, l'injection, le moulage, etc. Les plastifiants utilisés sont généralement l'eau, la glycérine et similaires. Van Soest de l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas a étudié les propriétés mécaniques de l'amidon thermoplastique avec de l'eau comme plastifiant. La quantité d'eau ajoutée doit être comprise entre 5% et 15%. En dessous de 5%, le matériau est très fragile et ne peut être réalisé. Il est déterminé que lorsque le contenu est d'environ 15%, le matériau devient mou et difficile à former. Lorsque la teneur en eau est comprise entre 5% et 7%, les performances du matériau sont similaires à celles des matériaux cassants, et aucun point d'écoulement n'est observé. Stepto et al., Université de Manchester, Royaume-Uni, ont utilisé l'eau comme plastifiant pour modifier la fécule de pomme de terre et ont analysé ses propriétés mécaniques. Leurs plastifiants ont été ajoutés à trois niveaux de 9,5%, 10,8% et 13,5%. En analysant la courbe contrainte-déformation, on peut savoir que le module initial de l'échantillon est proche du HDPE et du PP, qui est de 1,5 MPa; la limite d'élasticité de l'échantillon est inversement proportionnelle à la teneur en plastifiant, et la limite d'élasticité de l'échantillon lorsque la teneur en eau est de 9,5% est de 68 N / mm2, lorsque la teneur en eau augmente à 13,5%, sa limite d'élasticité chute à 42 N / mm2. Robbert et coll. De l'Université de Groningen aux Pays-Bas a utilisé la glycérine comme plastifiant pour analyser une variété d'amidons différents. La température de transition vitreuse (Tg) de l'amidon affecte également les propriétés mécaniques de l'échantillon. La Tg est faible et la résistance à la traction, le module, l'allongement à la rupture et la résistance au choc de l'expérience sont augmentés, tandis que la Tg dans l'amidon à haute teneur en amylose est relativement faible. Ainsi, plus la teneur en amylose de l'amidon est élevée, plus l'amidon est doux. Selon les expériences de Robbert, la résistance à la traction du maïs cireux contenant 25% de plastifiant est proche de 10 MPa et l'allongement à la rupture est de 110%, ce qui est la meilleure performance globale de l'amidon. L'université de Pékin et Yosbii de l'Institut japonais de recherche sur l'énergie atomique ont étudié les plastiques à base d'amidon en utilisant la glycérine et le polyéthylène glycol comme plastifiants pour l'irradiation par faisceau d'électrons. Le film à base d'amidon a été préparé avec succès et il a été constaté que l'irradiation peut provoquer des réactions chimiques de chaque molécule composant pour former une structure de réseau complète et améliorer les propriétés de traction du film.
Les études ci-dessus montrent que l'amidon peut être modifié pour obtenir de l'amidon thermoplastique, et les performances de l'amidon thermoplastique peuvent être améliorées en changeant les méthodes de traitement, les types de plastifiants et d'autres moyens.
Parce que l'amidon thermoplastique présente les inconvénients de mauvaises propriétés mécaniques et d'une forte absorption d'eau, les chercheurs ont commencé à envisager d'utiliser la fibre comme agent de renforcement et de l'ajouter à la matrice d'amidon thermoplastique pour améliorer les performances du matériau. Les fibres naturelles et l'amidon ont une structure moléculaire polysaccharidique. Le mélange de fibres avec de l'amidon thermoplastique peut obtenir un meilleur effet de renforcement.
Curvelo, l'Institut brésilien de recherche chimique de San Carlos, etc., utilise des fibres de queue géantes comme agent de renforcement pour améliorer les propriétés mécaniques de l'amidon thermoplastique. Par rapport à l'amidon thermoplastique non renforcé, l'amidon thermoplastique renforcé a une augmentation de 100% de la résistance à la traction et une augmentation de 50% du module d'élasticité. Et il est conclu que l'absorption d'eau du matériau diminue avec l'augmentation de la teneur en fibres.
Gaspar et al. De l'Université de Budapest, en Hongrie, a ajouté de la cellulose, de l'hémicellulose et de la zéine à l'amidon de maïs thermoplastique en utilisant la glycérine comme plastifiant. Des études ont montré que la résistance mécanique de l'amidon thermoplastique renforcé à l'hémicellulose et à la zéine est meilleure (10, 4 MP et 11, 5 MPa). Le chercheur brésilien Guimaraes et d'autres ont comparé l'effet renforçant de la fibre de canne à sucre et de la fibre de banane sur l'amidon thermoplastique. Il a été constaté que les propriétés de traction des échantillons renforcés étaient considérablement améliorées et que la liaison de surface entre la fibre de canne à sucre et l'amidon thermoplastique était meilleure que la fibre de banane.
Prachayawarakorn et d'autres instituts techniques du Lakabang Sangha Technical College de Thaïlande ont mené des recherches sur l'amidon de riz thermoplastique renforcé de fibres de coton et ont constaté que les propriétés de traction et l'absorption d'eau du matériau diminuent après l'ajout de fibres de coton. En comparaison, lorsque la même teneur (10%) de fibre de coton ou de polyéthylène basse densité est ajoutée, les propriétés mécaniques, la stabilité thermique, l'absorption d'eau et la biodégradabilité de l'échantillon de fibre de coton sont meilleures.
Sreekumar de l'Université de Rouen en France et d'autres chercheurs ont étudié l'effet de la fibre de sisal sur la farine de blé thermoplastique, et ont constaté que la fibre de sisal peut améliorer les propriétés de traction de la farine de blé thermoplastique, mais sa fluidité diminuera.
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