玉米淀粉深加工制備各類精細化工產品受到人們的關注,人們在淀粉改性制備和生產各類粘合劑的工藝及應用方面做了大量的研究工作。淀粉是一種價格低、原料來源豐富、無毒的水溶性化合物,現已在包裝等行業廣泛應用。
一.包裝膠粘劑
淀粉膠粘劑是一種價格低、原料來源豐富、無毒的水溶性膠粘劑,現已在整個包裝紙容器材料以及瓦楞紙板占據著極為重要的地位,生產的瓦楞紙板幾乎全部是以淀粉為基礎的膠粘劑膠結起來的,而氧化淀粉膠粘劑由于其優異的性能,在單面機的瓦楞紙板生產中被廣泛地使用。但淀粉膠粘劑由于其粘度不穩定,影響了其粘接性能。
為了改善其粘接性能,張欽發等較詳細研究了影響氧化淀粉膠粘劑粘度的因素。研究結果表明:當氧化劑用量(以淀粉質量為基準)為18%~24%,氫氧化鈉用量為1.6%~2.6%,m(水): m(淀粉)=4.5:5.5,氧化時間為15~25min,氧化溫度為20~30℃時所制得的膠粘劑的性能比較好,適合于瓦楞紙的粘接。研究還發現以高錳酸鉀作為氧化劑所制備的膠粘劑貯存子密閉容器中比較穩定。
淀粉膠粘劑也已開始用于制作瓦楞紙板的載體中,但由于傳統的瓦楞紙板在生產過程中使用了堿,容易返潮。為了克服這一缺點賀倫英等用H、P、Q、W等物質分別對載體淀粉膠粘劑進行改性的研究,通過篩選試驗和綜合分析,確定了復合添加劑用量的最佳配方,結果表明當復合添加劑用量(以淀粉質量%計)11%~12%,氫氧化鈉用量為32%,該膠粘劑流動性能好,粘度適宜,保水性能好,能完全均勻地浸潤在被粘物表面,粘接能力強;多功能添加劑的加入,可以提高膠粘劑穩定性、不易分層、凝膠和腐變等也得到改善,同時成本低。該改性載體淀粉膠粘劑生產的瓦楞紙板粘結強度高,返潮率低,紙板挺力好。適合于冷藏食品用瓦楞紙箱。
塑料制品已在包裝業得到廣泛應用。然而,目前用于塑料包裝容器的商標紙粘貼的粘合劑,粘貼效果不好,粘貼干燥后常常自行脫落,對塑料缺乏足夠的親和力,成本偏高,毒性污染較大,如溶劑型的聚丙烯酸和聚氨酯等粘合劑,它們雖粘得牢,但因成本過高,且因毒性污染大,食品飲料行業絕對禁止使用。曾德芳等采用聚丙烯酸改性淀粉同時加入了復合助劑,合成了一種綠色膠粘劑。
選用了水溶性丙烯酸類助劑B,研究發現加入助劑B后,不僅增強了與塑料表面的粘接強度,而且也提高了整個淀粉膠的粘接強度。助劑A是由幾種醇類物質配制而成,它提高了助劑B與淀粉膠互溶性,是一種性能好的助溶劑,同時還具有潤濕防凍作用。與同類產品相比,該膠粘劑具有無毒無污染和粘接性好等優點,廣泛用于塑料包裝行業的商標粘接。
二:改性淀粉包裝薄膜
當今國內外常用的食品包裝材料主要還是聚乙烯、玻璃紙及人造纖維等。它們不能在自然界中降解,這些包裝遺棄物對環境造成污染,另一方面可食膜的機械強度不足,為了克服這些缺點,國內外許多學者在這方面進行了研究。李志達等用理化方法分離的直鏈淀粉的含量為80%左右的淀粉材料和異淀粉酶改性淀粉(鏈淀粉含量約40%左右),同時加入了助劑,研究了其成膜性。
實驗表明:山梨醇和甘油適當組合是很好的可食性增塑劑,CMC-Na是一種好的強度增強劑,動物蛋白水解物則能很好地解決揭膜問題。通過反應得到了一種拉伸性能、透明度和耐折度良好的水不溶性淀粉可食用淀粉薄膜,在食品包裝方面具有廣闊的發展前景。
淀粉是一種強極性的親水物質,而LDPE是極性很小的疏水物質,兩者的結構和極性相差懸殊。為了提高淀粉的填充量,使淀粉均勻地分布在LDPE中,需對淀粉改性。張華集用氧化聚乙烯(OPE)作為淀粉填充LDPE共混體系的增容劑,用自制的辛酸鈰、月桂酸鈰、硬脂酸鈰作為淀粉填充LDPE共混體系的光降解促進劑,研制成可降解LDPE母料及薄膜。
研究了淀粉/硬脂酸柿配合體系的組成,討論了鋁酸酯對淀粉的疏水處理、氧化聚乙烯對淀粉/LDPE共混體系的增容、硬脂酸鈰對光氧降解LDPE基指數的影響,并對含20%淀粉、0.4%硬脂酸鈰的LDPE包裝薄膜進行性能測試和應用試驗。結果表明,其力學性能和衛生性能符合國家標準要求,堆埋1年后,降解成小于25cm的碎片,逐漸被土壤同化,減少了對環境的污染。
三:全淀粉塑料包裝
隨著環保意識的增強,各國都在開發環保型包裝材料,目前已取得一定成果的有淀粉降解樹脂及全淀粉熱塑性塑料等。
所謂淀粉降解樹脂是將生物材料淀粉及降解促進劑與合成樹脂共混,在微生物、高溫和氧的作用下,塑料中高分子鏈斷裂,分子量降低,最終轉化為CO2、水和生物有機物。該類樹脂的開發和使用可以部分解決塑料造成的污染。全淀粉塑料是以淀粉及少量可降解的增塑劑為原料制成的塑料,使用后可以完全生物降解而不產生污染,全淀粉塑料的研究進展很快,特別適合食品、醫藥、衛生等方面的包裝,目前各國都加強這一領域的研究。
從目前的研究狀況看,全淀粉塑料在擠出吹塑方面應用較好,但只能生產20μm以上的薄膜,注塑成型硬質制品的穩定性良好。但在吹瓶、壓延薄片、真空吸塑等方面的應用還存在耐壓不高、韌性差、易碎等缺陷。
另外,淀粉基完全生物降解塑料發展快,產業化成果多。為了改善淀粉與高聚物的共混相容性,必須對淀粉進行處理,改性后的淀粉顆粒表面被烷基等覆蓋,減弱了氫鍵的作用,改善了和一些樹脂的相溶性,同時共混性能比原淀粉填充體系更為強韌。國外采用該方法制取的塑料已在包裝材料、容器和薄膜上得到應用。我國也在這方面進行研究,但與國外還存在一段差距。
四:變性淀粉及蛋白質包裝材料
變性淀粉和蛋白質包裝材料主要用于食品包裝和制作一次性餐具。
(一)變性淀粉制包裝材料
淀粉是一種天然的高分子材料,價格便宜,且可以再生,廢棄后在自然環境中完全自然降解,也可以被食用或者作為飼料。使淀粉與含有憎水基團的化合物進行交聯反應,得到的交聯產品具有抗水性。這種材料主要被用來制作一次性餐具。主要原料是木薯淀粉、小麥淀粉、玉米淀粉。
(二) 原淀粉和蛋白膜包裝材料
原淀粉和蛋白膜包裝材料多被用來制作內包裝袋,包裝含水食品,防止袋內風味的擴散。蛋白膜和其它的紙類、淀粉類制成復合材料用于食品包裝。用原淀粉和紙類制成的餐具因為其防水性能較差,需要在其表面涂一層防水膜。防水膜通常用蛋白質做成,最常用的是玉米蛋白。玉米蛋白中含40%的醇溶蛋白。
它是由分子、2.5萬~4萬的蛋白質組成。由于醇溶蛋白的氨基酸末端帶有亮氨酸、丙氨酸等非極性憎水基團,增加了其疏水能力,以甘油、丙二醇作為增塑劑就可以制得可食性包裝膜。這種薄膜的防油、防水、耐高溫性能很好,因而可以被用于一次性餐具的生產。
五:超微淀粉包裝材料
運用現代超級粉體技術,將原材料粉碎成3~1μm之間的顆粒稱為超微粉。采用該技術制成的淀粉基生物降解塑料有明顯的優點。超細淀粉粒度小,均勻,具有極大的比表面積,從而流動性和填充性得到顯著的提高,用它制得的生物降解塑料可有效地改善材料的力學性能,能夠在保證材料使用性能的前提下,大大提高淀粉的添加量,這對于降低成本,開發天然淀粉的應用,提高塑料生物降解率具有重要意義。
科研人員通過高速氣流粉碎機和球磨的聯合處理制備了超細淀粉,研究發現當超微淀粉的平均粒徑為3.126μm,其結晶度由38.7%降至17.1%,經丙三醇增塑后,超微淀粉結晶度低達9.3%,其加工性能得到極大改善,可制備食品級生物制品包裝膜,這種超微淀粉基膜的力學以及生物降解性能良好,在保證良好的材料性能的前提下,該降解淀粉有良好的耐油及透氣性能,可用于一般食品包裝,也可用于包裝果蔬的氣調保鮮,防止新鮮果蔬包裝時因呼吸作用產生大量CO2所造成的傷害。
淀粉在包裝業的使用,大大減少了不可降解材料在包裝業的應用,在一定的程度上緩解了生態環境的壓力,節約了資源,減少了環境的污染,在包裝業上具有重大意義。
但我國目前淀粉在包裝業上還存在問題,如產品不太穩定,應用范圍不廣泛。淀粉在特種包裝上的技術與國外還存在一定差距,因而加強淀粉的研究特別是多功能淀粉包裝材料的研究尤為重要。淀粉在包裝業上具有廣闊的發展前景。