Acetylated nanocellulose reinforced hydroxypropyl starch acetate realizing polypropylene replacement for green packaging application

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作者
Fengbiao Yao,Zhiqiang Wu,Yongsheng Gu,Yong Di,Yiliang Liu,Vennila Srinivasan,Cheng Lian,Yongfeng Li
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier]
卷期号:331: 121886-121886 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2024.121886
摘要

The use of natural starch as a replacement for petroleum-based packaging materials is limited due to its poor processability, weak mechanical properties, and strong moisture sensitivity. To address these limitations, this study adopts molecular design of hydroxypropylation and acetylation to sequentially modify natural starch, and material design of introducing acetylated cellulose nanofibers (ACNF) into the starch matrix to reinforce the material. Hydroxypropylation decreased the interaction force between the starch molecular chains, thereby reducing the glass transition temperature. Subsequent acetylation introduced hydrophobic acetyl groups that disrupted intermolecular hydrogen bonds, enhancing the mobility of the starch molecular chain, and endowed the hydroxypropyl starch acetate (HPSA) with excellent thermoplastic processability (melt index of 7.12 g/10 min) without the need for plasticizers and notable water resistance (water absorption rate of 3.0 %). The introduction of ACNF generated a strong interaction between HPSA chains, promoting the derived ACNF-HPSA to exhibit excellent mechanical strength, such as high impact strength of 2.1 kJ/m2, tensile strength of 22.89 MPa, elasticity modulus of 813.22 MPa, flexural strength of 24.18 MPa and flexural modulus of 1367.88 MPa. Its overall performance even surpassed that of polypropylene (PP) plastic, making it a potential alternative material for PP-based packaging materials.
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