中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，2025年，山梨糖醇行業(yè)呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長的趨勢。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對可降解材料需求的增加，山梨糖醇作為一種綠色、可再生的增塑劑，其在生物降解材料領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，山梨糖醇在生物降解材料中的應(yīng)用比例已達(dá)到30%以上，且預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將繼續(xù)保持增長。本文將探討山梨糖醇在共輻照熱塑性淀粉中的應(yīng)用及其性能影響，為山梨糖醇行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

  一、山梨糖醇在熱塑性淀粉中的應(yīng)用背景

  《2025-2030年中國山梨糖醇行業(yè)市場供需及重點(diǎn)企業(yè)投資評估研究分析報(bào)告》指出，傳統(tǒng)石油基塑料因其難以降解和高成本的特性，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。相比之下，淀粉作為一種可生物降解、來源豐富且環(huán)保的材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，淀粉本身由于氫鍵作用，熔融溫度高于分解溫度，難以進(jìn)行熱塑性加工。為了改善這一特性，通常需要加入大量增塑劑，如甘油和山梨糖醇等。山梨糖醇因其多羥基結(jié)構(gòu)，能夠有效減弱淀粉分子間的氫鍵作用，從而提高淀粉的塑化效果。此外，輻照作為一種新型物理手段，因其綠色、高效的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于材料改性領(lǐng)域。通過輻照處理，淀粉的反應(yīng)活性可以顯著提高，從而進(jìn)一步改善其加工性能。

  二、山梨糖醇共輻照熱塑性淀粉的制備

  (一)實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

  實(shí)驗(yàn)采用的原料包括食品級玉米淀粉、分析純山梨糖醇和甘油。主要設(shè)備包括X射線衍射系統(tǒng)、傅里葉變換紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、熱重分析儀、雙螺桿擠出機(jī)、萬能材料測試儀等。

  (二)山梨糖醇共輻照淀粉的制備

  首先，將玉米淀粉與占淀粉干基質(zhì)量10%的山梨糖醇混合，用蒸餾水溶解后在高速混合攪拌器中攪拌15分鐘，然后在自封袋中放置24小時(shí)。隨后，采用6kGy的高能電子束進(jìn)行輻照處理，得到山梨糖醇共輻照淀粉。

  (三)熱塑性淀粉母粒的制備

  將山梨糖醇共輻照淀粉與不同含量的甘油混合，分別加入占淀粉干基質(zhì)量30%、35%、40%、45%和50%的甘油，混合均勻后密封放置10小時(shí)進(jìn)行預(yù)塑化。然后，通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加工，得到熱塑性淀粉母粒。擠出機(jī)的溫度設(shè)置為100°C、110°C、115°C、120°C和110°C，螺桿轉(zhuǎn)速為280轉(zhuǎn)/分鐘。

  三、山梨糖醇對熱塑性淀粉性能的影響

  (一)加工性能

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著甘油含量的增加，山梨糖醇共輻照熱塑性淀粉(ITS)的塑化時(shí)間逐漸延長，但其最大扭矩和平衡扭矩顯著下降。這表明山梨糖醇與甘油共同作用，能夠有效降低淀粉的塑化難度，提高塑化效率。當(dāng)甘油含量為30%~40%時(shí)，ITS的熱穩(wěn)定性顯著提高，超過該含量后，熱穩(wěn)定性略有下降。

  (二)微觀形貌

  掃描電子顯微鏡(SEM)觀察結(jié)果顯示，當(dāng)甘油含量為30%和35%時(shí)，ITS樣條表面帶有顆粒和碎片，說明淀粉顆粒未能完全塑化。當(dāng)甘油含量達(dá)到40%時(shí)，ITS樣條的截面較為平整，說明山梨糖醇與甘油混合均勻，塑化效果良好。然而，當(dāng)甘油含量超過40%時(shí)，樣條截面出現(xiàn)小顆粒與甘油富集區(qū)，說明甘油含量過多會(huì)導(dǎo)致塑化過程中甘油分子滑移堆積，形成富集現(xiàn)象。

  (三)熱穩(wěn)定性

  熱重分析(TG)結(jié)果顯示，ITS的熱分解過程分為三個(gè)階段。隨著甘油含量的增加，ITS的起始熱分解溫度有所提高。當(dāng)甘油含量為30%~40%時(shí)，ITS的最大熱分解速率對應(yīng)的溫度逐漸上升，超過該含量后，最大熱分解速率對應(yīng)的溫度開始下降。這表明適量的甘油能夠提高ITS的熱穩(wěn)定性，但過多的甘油會(huì)降低其熱穩(wěn)定性。

  (四)結(jié)晶性能

  X射線衍射(XRD)分析表明，隨著甘油含量的增加，ITS的結(jié)晶度先降低后升高。當(dāng)甘油含量為30%~40%時(shí)，ITS的結(jié)晶度較低，說明山梨糖醇與甘油共同作用能夠有效破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高塑化效果。然而，當(dāng)甘油含量過多或過少時(shí)，結(jié)晶度會(huì)有所回升，說明甘油含量對淀粉的塑化效果有顯著影響。

  (五)分子結(jié)構(gòu)

  傅里葉變換紅外光譜(FTIR)測試結(jié)果顯示，不同甘油含量的ITS中沒有出現(xiàn)官能團(tuán)特征峰的偏移，說明甘油含量不影響輻照改性淀粉塑化后的分子結(jié)構(gòu)。這表明山梨糖醇與甘油的加入并未引起淀粉分子結(jié)構(gòu)的顯著變化，而是通過物理作用改善了淀粉的加工性能。

  (六)力學(xué)性能

  山梨糖醇行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，隨著甘油含量的增加，ITS的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率逐漸增加。當(dāng)甘油含量為30%~40%時(shí)，ITS的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均高于傳統(tǒng)石油基塑料，說明山梨糖醇與甘油的共同作用能夠有效提高ITS的力學(xué)性能。然而，當(dāng)甘油含量超過40%時(shí)，拉伸強(qiáng)度顯著下降，斷裂伸長率略有增加，說明過多的甘油會(huì)降低ITS的力學(xué)性能。

  四、總結(jié)

  本研究通過高能電子束輻照技術(shù)制備了山梨糖醇共輻照熱塑性淀粉(ITS)，并系統(tǒng)研究了甘油含量對ITS塑化性能、熱穩(wěn)定性、結(jié)晶性能、分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，山梨糖醇與甘油的共同作用能夠顯著改善ITS的加工性能和力學(xué)性能。適量的甘油能夠提高ITS的熱穩(wěn)定性和塑化效果，但過多的甘油會(huì)導(dǎo)致熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能下降。此外，山梨糖醇的加入并未引起淀粉分子結(jié)構(gòu)的顯著變化，而是通過物理作用改善了淀粉的加工性能。本研究為山梨糖醇在生物降解材料中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，也為開發(fā)高性能、環(huán)保的熱塑性淀粉材料提供了新的思路。

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