不同因素对淀粉成膜特性的影响研究

徐州市第一中学 沈闫 李祥瑀

指导老师 王莹

【摘要】本文旨在研究不同因素对淀粉成膜塑料特性的影响。淀粉基生物塑料是以淀粉为主要原材料，经过改性塑化后再与聚合物共混加工而成的一种塑料制品，而淀粉基生物降解塑料就是其中之一，这种塑料易降解，能减少对环境的污染，它是研发历时最久，技术最成熟，产业规模最大，市场占有率最高的一种生物降解塑料，在新材料行业中有着巨大的发展机遇和潜能。实验探究活动：子活动①—加热条件对淀粉塑料成膜特性影响分析，子活动③—甘油含量对淀粉塑料成膜特性影响分析，子活动⑤—不同淀粉对淀粉塑料成膜特性影响研究，实验结果表明，加热条件不同、甘油含量不同、淀粉不同制成的塑料特性也不同。

【关键词】石油衍生塑料；环境污染 ；人类健康；淀粉基生物降解塑料

研究背景

随着人们对环境保护意识的增强，塑料包装材料造成的环境污染问题越来越严重。一个石油衍生塑料袋的平均寿命是12年，但要完全降解却需要500年甚至更久。生活中方方面面离不开塑料制品，而难以降解的塑料正污染着空气、土壤，污染着江河湖海，人们要呼吸、要吃饭、要饮水，最终危害人类的健康。当今这种难以降解的塑料造成的污染急待解决。

研究生物降解塑料特有的生物降解性对生态环境的保护，减少“白色污染”方面具有十分重大的现实意义。

全世界致力于塑料研究的科学研究机构，经过长期实践研究发现淀粉是地球上产量仅次于纤维素的天然高分子物质，它来源丰富、可再生、价格低廉，通过改性塑化可用于生产淀粉基塑料。淀粉基塑料是以淀粉为主要原材料，经过改性塑化后再与聚合物共混加工而成的一种塑料制品，淀粉基塑料可分为生物基塑料和生物降解塑料两大类，而淀粉基生物降解塑料是研发历史最久、技术最成熟、产业规模最大，市场占有率最高的一种生物降解塑料。目前在纺织业中，玉米淀粉塑料制成的玉米纤维透气性和手感都好于涤纶，能够改变涤纶材料容易起静电、透气性差的缺点。在医学行业中，玉米淀粉塑料骨钉可以在人体内降解，应用在骨折等骨科疾病的治疗可以减少病人手术的次数，缓解病人的痛苦。生物降解塑料可以替代石油衍生塑料的许多应用，也可以大大减少石油的消耗，降低碳排放量。与石油衍生塑料制品相比，淀粉基降解塑料制品有很多的优势，但也存在一些问题，比如湿强度差—遇水，力学性能大大降低等不足之处，这也导致了淀粉基降解塑料应用的局限性，能否打破局限性，就需要寻求不同的材料反复实验，因此科研人员就不同因素对淀粉塑料成膜特性影响设计了一些实验探究。

第一实验探究：子活动①加热条件对淀粉塑料成膜特性影响分析

实验材料

5个小烧杯、5个培养皿、微波炉、电煮锅、2个吸管、3个针筒、电子称，5组原料：淀粉各3克、白醋各2ml、甘油各2ml。

研究过程

1.1小烧杯编号：1-不加热、2-加热水、3-微波炉加热、4-电煮锅加热、5-水浴加热

1.2 5个小烧杯分别加入50ml清水，接着在3-5小烧杯分别加入3克淀粉、2ml白醋、2ml甘油，搅拌混匀。1号烧杯不加热、2号烧杯加热水搅拌混匀。

1.3 3号小烧杯放入微波炉中加入1.5min，混合物变得透明；

4号小烧杯的混合物倒入电煮锅中加入2.5min后，微沸变得透明；

5号小烧杯水浴加热5min后，杯中混合物变得稍稠透明。

1.4用5只针筒分别取出1-5号杯中的混合物15ml，分别注入5个培养皿中，使其分布平整，置于阴凉干燥处，自然冷却。干燥揭膜，观察其外观特点，用游标卡尺测出其厚度。

结果与分析

不加热的1号小烧杯和加入热水的2号小烧杯里混合物4天后都是上层是澄清的水，底层是沉淀的淀粉。微波炉、电热锅、水浴加热的3个小烧杯中混合物4天后呈透明状成膜。

实验数据记录与分析

表1-1加热条件对淀粉塑料成膜特性影响分析

由实验结果得出的结论：根据实验结果和4天同一时间观察发现，培养皿中混合物成膜时长与加热方式有关系。

第二实验探究：子活动③甘油含量对淀粉塑料成膜特性影响分析

实验材料

4个小烧杯、4个培养皿、2个吸管、4个针筒、电子称，4组原料：水20ml、淀粉各1.5g、白醋各1ml、甘油各2ml。

研究过程

1.1小烧杯编号：1-4号

1.2 4个烧杯中分别加入20ml水、1.5g淀粉、1ml白醋，再依次从1号烧杯到4号烧杯加入0ml、0.5ml、1ml、2ml甘油，用玻璃棒搅拌混匀。

1.3将1-4号烧杯分别置于沸水浴中加热并不停用玻璃棒搅拌，加热时长一致9min，直至烧杯中混合液颜色变得透明后取出。

1.4用4只针筒分别取出1-4号杯中的混合物15ml，分别注入4个培养皿中，使其平整分布，有气泡的用牙签戳破，置于阴凉干燥处，自然冷却。干燥揭膜，观察其外观特点，用条形测力计测出其延伸性能。

结果与分析

1号烧杯成膜硬脆，延伸性能好；

2号烧杯成膜较硬，延伸性能较好；

3号烧杯成膜较软，延伸性能稍差；

4号烧杯成膜软易烂，延伸性能最差。

实验数据记录与分析

表1-3甘油含量对淀粉塑料成膜特性影响分析

实验得出结论：淀粉塑料成膜硬度及延伸性能与甘油含量成反比。

第三实验探究：子活动⑤不同淀粉对淀粉塑料成膜特性影响分析

实验材料

5个小烧杯、5个培养皿、2个吸管、5个针筒、电子称，5组原料：水各20ml、玉米、小麦、土豆、木薯、和绿豆淀粉各1.5g、白醋各1ml、甘油各1ml。

研究过程

1.1小烧杯编号，1-玉米、2-小麦、3-土豆、4-木薯、5-绿豆。

1.2 5个小烧杯中分别加入20ml水、1ml白醋、1ml甘油，然后1号烧杯进入1.5g玉米淀粉、2号烧杯加入1.5g小麦淀粉、3号烧杯加入1.5g土豆淀粉、4号烧杯加入1.5g木薯淀粉、5号烧杯加入1.5g绿豆淀粉，用玻璃棒搅拌混匀。

1.3将1-5号烧杯分别置于沸水浴中加热并不停用玻璃棒搅拌，直至烧杯中混合液颜色变得透明后取出，加热时长一致8min。

1.4用5只针筒分别取出1-5号杯中的混合物15ml，分别注入5个培养皿中，使其平整分布，置于阴凉干燥处，自然冷却。干燥揭膜，观察其外观特点，用条形测力计测出其延伸性能。

结果与分析

1- 玉米培养皿的混合液4天后成膜半透明，弹性强；

2- 小麦培养皿的混合液4天后成膜半透明，微弹；

3- 土豆培养皿的混合液4天后成膜透明，弹性弱粘；

4- 木薯培养皿的混合液4天后成膜透明，弹性较强；

5- 绿豆培养皿的混合液4天后成膜透明，弹性较强。

实验数据记录与分析              

表1-5不同淀粉对淀粉基塑料成膜特性的影响研究

实验得出的结论：不同淀粉在同样加入20ml水、1ml白醋、1ml甘油，水浴加热的情况下成膜的外观特点不同，延伸性能也不同。

结果与分析

综上所述：通过上述3个实验结果可以得出：加热条件不同、甘油含量不同、加入淀粉不同制成的塑料成膜的特性也不同。

参考文献

[1]严海彪，胡慧，金科.淀粉基塑料制备与降解性能的现状与进展[J].塑料，2020,49(05):96-101.

[2]李庆新，付秀娟，刘煦晴等.可完全生物降解淀粉基塑料的性能分析[J].武汉化工学院报，2003(02):82-85