马铃薯淀粉对低密度聚乙烯热电力学性能的影响
Shahrzad Khoramnejadian.1＊Jamileh Jamali Zavareh2和希林Khoramnejadian3.
1伊朗伊斯兰阿扎德大学环境系。
2伊朗卡拉伊，阿尔伯兹省环境部。
3.伊斯兰·阿扎德大学，德黑兰，伊朗。
http://dx.doi.org/10.12944/cwe.8.2.06
在本文中，研究了低密度聚乙烯（LDPE）与马铃薯淀粉的生物降解性。聚乙烯接枝马来酸酐（PE-G-MA）用作增容剂。制备具有恒定量的PE-G-MA含量为5％的土豆淀粉（As10％，20％，30％和40％）的不同水平的样品。在所有样品中，相容剂的量相同。马铃薯淀粉含量对用差示扫描量热计（DSC）进行混合的热性质的影响。结果表明随着马铃薯淀粉含量的增加，结晶降低。用土壤埋葬和暴露于霉菌生长进行混合物的生物降解。体重减轻的生物降解，片材和模具生长的拉伸性能的变化。结果表明，随着马铃薯淀粉含量的增加，共混物的生物降解性增加。8个月后，由于土壤埋下而导致样品的生物降解表明，通过增加马铃薯淀粉水平，减少了共混物的重量。
土豆淀粉;LDPE;DSC;土壤埋葬;张力
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徐志强，李志强，李志强，等。马铃薯淀粉对低密度聚乙烯热机械性能的影响。Curr World Environ 2013; 8（2）Doi：http://dx.doi.org/10.12944/cwe.8.2.06
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徐志强，李志强，李志强，等。马铃薯淀粉对低密度聚乙烯热机械性能的影响。世界环境杂志2013;8(2)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=4361.
介绍
塑料是城市垃圾的主要组成部分之一。1大多数研究是将石油基聚合物与天然生物可降解材料混合，不仅保护了环境、石油储备和垃圾填埋场，还减少了二氧化碳的产生，总体上达到了可持续发展。生物可降解聚合物是指通过真菌、细菌、藻类等微生物等自然因子转化为水、二氧化碳、甲烷等生物组分的天然化合物的材料。2
低密度聚乙烯用于包装行业和生产袋，复合材料和农业覆盖物[3]。淀粉基合成聚合物从20世纪70年代开始研究。4特别注意使用淀粉作为生物降解填料。5淀粉是一种丰富的、可生物降解的、可循环利用的、廉价的天然聚合物，可从许多植物来源获得，如马铃薯、木薯、玉米。6、7、8生物可降解淀粉基聚合物具有大规模、低成本生产的潜力。9淀粉基聚合物的使用减少了对不可再生资源的开发，有利于环境保护。消耗不可再生资源，排放一氧化碳2这造成了全球变暖。
由直链淀粉和支链淀粉组成的淀粉。不同来源的淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量不同。这两种情况对产品行为有影响。马铃薯是世界上淀粉的主要来源之一。
可生物降解的塑料是可以被细菌处理到更简单的形式的塑料。可生物降解的塑料具有与常见塑料相似的性质，但在土壤或其他环境中处理后，可以通过微生物降解。10当微生物如细菌或真菌在有氧或厌氧环境中消耗聚合物时，就会发生生物降解。降解过程的产出包括:二氧化碳、甲烷等天然产物。11
几种机制涉及塑料的降解，其中一种是微生物降解，其中诸如真菌或细菌的微生物消耗材料。降级过程基于塑料环境及其应用。更好地估算在自然生物过程下塑料废物暴露的自然条件下塑料材料的生物降解性特性。12
体重减轻是测量聚合物样品的生物降解速率的常见方法。在该项目中，制备了用马铃薯淀粉的低密度聚乙烯（LDPE）的可生物降解化合物。聚乙烯接枝马来酸酐（PE-G-MA）用作增容剂。马铃薯淀粉用作可生物降解的填料，其数量为20,30和40％。所有样品中的相伴均相同，约10％。通过土壤墓穴测试和暴露于模具生长来确定化合物的生物降解性。研究了可生物降解填料对混合物的机械和热性能的影响。
实验
低密度聚乙烯(LDPE)，商业级0200由伊朗班达尔伊玛目石油化工总厂制备。食品级马铃薯淀粉，购自伊朗Alvand公司。食品级甘油属于德国默克公司。伊朗Karankin公司生产聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-Ma)。橄榄油用作保湿霜。
淀粉粉用25 wt%甘油在180°c下塑化10分钟。样品在HBI系统(来自英国的Haake Buchler公司)中处理，转速为60 rpm，温度为160°C。用热式微型压片机制备0.4 mm厚的试样。用Santam (STM-20)仪器测定了拉伸性能。
蒸馏水中制备的悬浮液，磺酸钠0.05％二辛基酸钠。将孢子溶液放入无菌培养皿中。聚合物样品浸入悬浮液中。然后将其转移到另一个无菌培养皿中，湿度大于90％和30℃孵育84天。根据标准8种霉菌物种包括曲霉尼日尔，斯瓦里斯特雷乌斯，阿糖蛋白酶蛋白，Poecilomyces Variotiii，Penicillium funiculosum，青霉核酸，Scopulariopsis Brevicaulis，用于测试的Trichoderma Viride。
采用梅特勒-托莱多差示扫描量热仪(DSC)进行热分析。10至15 mg的样品最初在25°C至170°C的氮气气氛中以10的升温速率加热oC /分钟。然后以10的冷却速率将样品从170°C冷却到25°CoC /分钟。这里报告的熔点是熔点峰值的最高温度。
将样品切成条状，埋于土壤中8个月。土壤掩埋前对样品进行称重。在第2、4和8个月结束时，将样品移去土壤并称重。
结果和讨论
聚合物片在土壤生物降解过程中的失重量反映了其在自然环境中的降解量。土壤微生物正在攻击样品。马铃薯淀粉含量被土壤微生物消耗，进而使聚合物链断裂。一般情况下，土壤生物降解潜力的计算公式为:
土壤生物降解(%)= ((W-W0) / W0)×10…(1)
这里W是样本的次权重，W0是样本的主权重。
根据图1，八个月后，土壤埋葬纯LDPE没有显示任何重量变化。从第二个月开始观察到具有不同量的马铃薯淀粉的样品的体重减轻。最高的生物降解属于具有40％马铃薯淀粉含量的样品。减肥表明土壤微生物从聚合物基质中除去淀粉。土壤环境含有一种不同种类的微生物和宏生物。土壤微生物袭击了聚合物条。微生物吸引到化合物的马铃薯淀粉含量。微生物在聚合物基质中消耗马铃薯淀粉，并在LDPE链中引起裂缝。由于马来酸酐的存在 - 这在马铃薯淀粉的LDPE和马铃薯淀粉之间产生了化学键，导致聚合物基质中的骨折和LDPE的生物降解。7
图2为LDPE/马铃薯淀粉复合物的DSC加热曲线。
''结晶温度（Tc）''''''''在表1上表达的熔化温度（Tm）'。
可以看出，Tc略有增加，并且还将淀粉纳入聚合物中导致Tm的小变化。
淀粉的淀粉素和直链淀粉率影响淀粉基产物。马铃薯淀粉中的最高量淀粉酶导致最终马铃薯淀粉的产物的结晶度增加。通过在聚乙烯基质中存在的聚乙烯基质中的存在，可能会引起妨碍LDPE分子的结晶，因此排序增加了钻头和结晶含量降低。3.显示LDPE /马铃薯淀粉化合物的冷却曲线
这可能是马铃薯淀粉的成核作用的结果，这导致PE分子的结晶较早开始，峰值温度在更高温度下采用。由于马铃薯淀粉颗粒的妨碍效果，LDPE /马铃薯淀粉化合物的结晶峰面积小于LDPE的峰值。此结果也由其他研究人员报告。8
真菌殖民淀粉淀粉/ LDPE表面超过80％的样品，在孵育结束时具有30％和40％的马铃薯淀粉。84天孵育后，LDPE条没有表现出颜色变化或霉菌生长。结果与其他研究人员相似，适用于聚合物降解。10
表2显示了LDPE /马铃薯淀粉的视觉检查模具生长的结果
聚合物化合物中的马铃薯淀粉对霉菌和真菌具有可消化的联系。微生物认识到马铃薯淀粉碳链是一种营养来源。消耗极性亲水淀粉导致聚合物链断裂。顺丁烯二酸酐在两个不相容的粒子之间建立了连接，因此随着淀粉的去除，聚合物链上出现了一个缺口。
通过间隙微生物进入低密度聚乙烯的碳结，结果是聚合物生物降解。
表3.含有LDPE /马铃薯淀粉化合物的力学性能的结果。
由于在土壤机械性能的生物降解期间形成的孔的孔减小。4最高的破坏提到了具有40％的马铃薯淀粉含量的样品。预期随着试验时间的增加，观察结果越好。根据结果的情况类似于其他研究。13土壤微生物袭击了聚合物。首先，微生物吸引着混合物的马铃薯淀粉含量。微生物在聚合物基质中消耗马铃薯淀粉，并在LDPE链中引起裂缝。由于马来酸酐的存在 - 这在马铃薯淀粉的LDPE和马铃薯淀粉之间产生了化学键，导致聚合物基质中的骨折和LDPE的生物降解。
结论
以马铃薯淀粉为原料，制备了可降解低密度聚乙烯(LDPE)复合材料。土壤掩埋和霉菌生长条件下LDPE/马铃薯淀粉复合物的生物降解性研究。土壤掩埋8个月的失重表明化合物在自然环境中的降解性。研究了LDPE/马铃薯淀粉复合材料的热性能，确定了马铃薯淀粉对产品熔点及其它性能的影响。8种真菌对马铃薯淀粉/ LDPE化合物进行了实验室微生物降解，证实了该化合物的生物降解性。顺丁烯二酸酐的存在使LDPE与马铃薯淀粉形成了连接，因此马铃薯淀粉在任何环境下的消耗都会破坏聚合物基体。土壤掩埋前后LDPE/马铃薯淀粉复合材料的力学性能表明复合材料是可生物降解的。
参考文献
塑料是城市垃圾的主要组成部分之一。1大多数研究是将石油基聚合物与天然生物可降解材料混合，不仅保护了环境、石油储备和垃圾填埋场，还减少了二氧化碳的产生，总体上达到了可持续发展。生物可降解聚合物是指通过真菌、细菌、藻类等微生物等自然因子转化为水、二氧化碳、甲烷等生物组分的天然化合物的材料。2
低密度聚乙烯用于包装行业和生产袋，复合材料和农业覆盖物[3]。淀粉基合成聚合物从20世纪70年代开始研究。4特别注意使用淀粉作为生物降解填料。5淀粉是一种丰富的、可生物降解的、可循环利用的、廉价的天然聚合物，可从许多植物来源获得，如马铃薯、木薯、玉米。6、7、8生物可降解淀粉基聚合物具有大规模、低成本生产的潜力。9淀粉基聚合物的使用减少了对不可再生资源的开发，有利于环境保护。消耗不可再生资源，排放一氧化碳2这造成了全球变暖。
由直链淀粉和支链淀粉组成的淀粉。不同来源的淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量不同。这两种情况对产品行为有影响。马铃薯是世界上淀粉的主要来源之一。
可生物降解的塑料是可以被细菌处理到更简单的形式的塑料。可生物降解的塑料具有与常见塑料相似的性质，但在土壤或其他环境中处理后，可以通过微生物降解。10当微生物如细菌或真菌在有氧或厌氧环境中消耗聚合物时，就会发生生物降解。降解过程的产出包括:二氧化碳、甲烷等天然产物。11
几种机制涉及塑料的降解，其中一种是微生物降解，其中诸如真菌或细菌的微生物消耗材料。降级过程基于塑料环境及其应用。更好地估算在自然生物过程下塑料废物暴露的自然条件下塑料材料的生物降解性特性。12
体重减轻是测量聚合物样品的生物降解速率的常见方法。在该项目中，制备了用马铃薯淀粉的低密度聚乙烯（LDPE）的可生物降解化合物。聚乙烯接枝马来酸酐（PE-G-MA）用作增容剂。马铃薯淀粉用作可生物降解的填料，其数量为20,30和40％。所有样品中的相伴均相同，约10％。通过土壤墓穴测试和暴露于模具生长来确定化合物的生物降解性。研究了可生物降解填料对混合物的机械和热性能的影响。
实验
低密度聚乙烯(LDPE)，商业级0200由伊朗班达尔伊玛目石油化工总厂制备。食品级马铃薯淀粉，购自伊朗Alvand公司。食品级甘油属于德国默克公司。伊朗Karankin公司生产聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-Ma)。橄榄油用作保湿霜。
淀粉粉用25 wt%甘油在180°c下塑化10分钟。样品在HBI系统(来自英国的Haake Buchler公司)中处理，转速为60 rpm，温度为160°C。用热式微型压片机制备0.4 mm厚的试样。用Santam (STM-20)仪器测定了拉伸性能。
蒸馏水中制备的悬浮液，磺酸钠0.05％二辛基酸钠。将孢子溶液放入无菌培养皿中。聚合物样品浸入悬浮液中。然后将其转移到另一个无菌培养皿中，湿度大于90％和30℃孵育84天。根据标准8种霉菌物种包括曲霉尼日尔，斯瓦里斯特雷乌斯，阿糖蛋白酶蛋白，Poecilomyces Variotiii，Penicillium funiculosum，青霉核酸，Scopulariopsis Brevicaulis，用于测试的Trichoderma Viride。
采用梅特勒-托莱多差示扫描量热仪(DSC)进行热分析。10至15 mg的样品最初在25°C至170°C的氮气气氛中以10的升温速率加热oC /分钟。然后以10的冷却速率将样品从170°C冷却到25°CoC /分钟。这里报告的熔点是熔点峰值的最高温度。
将样品切成条状，埋于土壤中8个月。土壤掩埋前对样品进行称重。在第2、4和8个月结束时，将样品移去土壤并称重。
结果和讨论
聚合物片在土壤生物降解过程中的失重量反映了其在自然环境中的降解量。土壤微生物正在攻击样品。马铃薯淀粉含量被土壤微生物消耗，进而使聚合物链断裂。一般情况下，土壤生物降解潜力的计算公式为:
土壤生物降解(%)= ((W-W0) / W0)×10…(1)
这里W是样本的次权重，W0是样本的主权重。
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图1：不同聚合物的体重减轻 土壤埋藏8个月。 点击这里查看图 |
根据图1，八个月后，土壤埋葬纯LDPE没有显示任何重量变化。从第二个月开始观察到具有不同量的马铃薯淀粉的样品的体重减轻。最高的生物降解属于具有40％马铃薯淀粉含量的样品。减肥表明土壤微生物从聚合物基质中除去淀粉。土壤环境含有一种不同种类的微生物和宏生物。土壤微生物袭击了聚合物条。微生物吸引到化合物的马铃薯淀粉含量。微生物在聚合物基质中消耗马铃薯淀粉，并在LDPE链中引起裂缝。由于马来酸酐的存在 - 这在马铃薯淀粉的LDPE和马铃薯淀粉之间产生了化学键，导致聚合物基质中的骨折和LDPE的生物降解。7
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图2：DSC加热曲线 LDPE/马铃薯淀粉化合物。 点击这里查看图 |
图2为LDPE/马铃薯淀粉复合物的DSC加热曲线。
''结晶温度（Tc）''''''''在表1上表达的熔化温度（Tm）'。
可以看出，Tc略有增加，并且还将淀粉纳入聚合物中导致Tm的小变化。
淀粉的淀粉素和直链淀粉率影响淀粉基产物。马铃薯淀粉中的最高量淀粉酶导致最终马铃薯淀粉的产物的结晶度增加。通过在聚乙烯基质中存在的聚乙烯基质中的存在，可能会引起妨碍LDPE分子的结晶，因此排序增加了钻头和结晶含量降低。3.显示LDPE /马铃薯淀粉化合物的冷却曲线
这可能是马铃薯淀粉的成核作用的结果，这导致PE分子的结晶较早开始，峰值温度在更高温度下采用。由于马铃薯淀粉颗粒的妨碍效果，LDPE /马铃薯淀粉化合物的结晶峰面积小于LDPE的峰值。此结果也由其他研究人员报告。8
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图3 DSC冷却曲线 LDPE /马铃薯淀粉化合物。 点击这里查看图 |
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表1：热性质 LDPE/马铃薯淀粉化合物。 点击此处查看表格 |
真菌殖民淀粉淀粉/ LDPE表面超过80％的样品，在孵育结束时具有30％和40％的马铃薯淀粉。84天孵育后，LDPE条没有表现出颜色变化或霉菌生长。结果与其他研究人员相似，适用于聚合物降解。10
表2显示了LDPE /马铃薯淀粉的视觉检查模具生长的结果
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表2：模具的视觉检查 LDPE /马铃薯淀粉化合物的生长。 点击此处查看表格 |
聚合物化合物中的马铃薯淀粉对霉菌和真菌具有可消化的联系。微生物认识到马铃薯淀粉碳链是一种营养来源。消耗极性亲水淀粉导致聚合物链断裂。顺丁烯二酸酐在两个不相容的粒子之间建立了连接，因此随着淀粉的去除，聚合物链上出现了一个缺口。
通过间隙微生物进入低密度聚乙烯的碳结，结果是聚合物生物降解。
表3.含有LDPE /马铃薯淀粉化合物的力学性能的结果。
由于在土壤机械性能的生物降解期间形成的孔的孔减小。4最高的破坏提到了具有40％的马铃薯淀粉含量的样品。预期随着试验时间的增加，观察结果越好。根据结果的情况类似于其他研究。13土壤微生物袭击了聚合物。首先，微生物吸引着混合物的马铃薯淀粉含量。微生物在聚合物基质中消耗马铃薯淀粉，并在LDPE链中引起裂缝。由于马来酸酐的存在 - 这在马铃薯淀粉的LDPE和马铃薯淀粉之间产生了化学键，导致聚合物基质中的骨折和LDPE的生物降解。
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表3：机械性能 LDPE /土豆淀粉化合物。 点击此处查看表格 |
结论
以马铃薯淀粉为原料，制备了可降解低密度聚乙烯(LDPE)复合材料。土壤掩埋和霉菌生长条件下LDPE/马铃薯淀粉复合物的生物降解性研究。土壤掩埋8个月的失重表明化合物在自然环境中的降解性。研究了LDPE/马铃薯淀粉复合材料的热性能，确定了马铃薯淀粉对产品熔点及其它性能的影响。8种真菌对马铃薯淀粉/ LDPE化合物进行了实验室微生物降解，证实了该化合物的生物降解性。顺丁烯二酸酐的存在使LDPE与马铃薯淀粉形成了连接，因此马铃薯淀粉在任何环境下的消耗都会破坏聚合物基体。土壤掩埋前后LDPE/马铃薯淀粉复合材料的力学性能表明复合材料是可生物降解的。
参考文献
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