Construction of chelation structure between Ca2+ and starch via reactive extrusion for improving the performances of thermoplastic starch

淀粉 材料科学 热塑性塑料 挤压 反应挤出 热稳定性 螯合作用 极限抗拉强度 热分解 复合材料 化学工程 核化学 有机化学 化学 冶金 工程类
作者
Shuidong Zhang,Zesheng Lin,Guo Jiang,Junsheng Wang,De‐Yi Wang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier]
卷期号:159: 59-69 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2018.02.027
摘要

A novel strategy was developed for the fabrication of thermoplastic starch with improved thermal and mechanical properties via chelating between starch and calcium gluconate (CG). Herein, the chelation structure between Ca2+ and hydrogen group in starch was constructed via reactive extrusion. CG (5–20 wt% based on starch) was added to the mixture (corn starch (CS) and glycerol (70:30 wt%)), then the mixtures were extruded by twin-screws extrusion to fabricate thermoplastic CS/CG (TPS-CG). FT-IR and XPS test were employed to confirm the chelation structure of CS/CG. TGA and TG-FTIR results demonstrated that chelation structure improved the thermal stability of CS/CGs, while reduced the amount of toxic volatile gas from the CS decomposition. The results of DMA, mechanical and rheological tests for TPS-CGs revealed that all the data increased when CG content ranged from 5% to 20%. The maximal increase in glass-transition temperature, notched impact and tensile strength, melt viscosity of TPS-CGs was 20 °C, 52.4%, 44.2% and 360%, respectively. The mechanism for these improvements and their variations by CGs content were attributed to improving the entanglement of starch molecular chain and the stiffness of TPS-CGs via the chelation structure. The study provided a convenient solution for TPS fabrication with satisfied properties.

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