МЕХАНИЧЕСКИЕ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАПРОЛАКТОНА И МОДИФИЦИРОВАННОГОКРАХМАЛА
Аннотация
Совместимость полимеров является важным фактором при разработке смесей полимеров и имеет решающее значение для управления морфологией смеси и, следовательно, физическими и механическими свойствами системы. Модификация крахмала, в результате которой можно получить термопластичный крахмал, является важной задачей и её решение позволит получать композиции с термопластичным синтетическим полиэфиром, обладающие хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами. Для поверхностной модификации гранул кукурузного крахмала была выполнена ультразвуковая обработка его дисперсий в олеиновой кислоте и глицерине на установке УЗДН 2Т мощностью 1 кВт. В результате сонохимического процесса с участием гидроксильных групп крахмала на поверхности частиц крахмала возникают новые функциональные группы. Анализ ИК спектров показал появление полосы 1740 см-1, которая соответствует карбонильной группе, и уменьшение поглощения в интервале частот 3100-3400 см–1, что можно связать с изменением системы межмолекулярных водородных связей полисахарида. По данным рентгеноструктурного анализа применение олеиновой кислоты как модификатора приводит к большей потере кристалличности крахмалом по сравнению с глицерином, соответственно 21,6% и 28,9% при начальной кристалличности 31,5%. В результате изменений в структуре крахмала улучшается его совместимость с поликапролактоном, за счет этого снижается модуль упругости в твердом состоянии и вязкость в расплаве, что подтверждается результатами динамического механического анализа и реометрии. Пленки, содержащие 10% и 35% модифицированного крахмала, имеют большую прочность и относительное удлинение по сравнению с образцами, наполненными исходным крахмалом.
Для цитирования:
Трифонова И.П., Лосев Н.В., Подшивалова И.М., Липатова И.М., Бурмистров В.А. Механические и реологические свойства композиций на основе поликапролактона и модифицированногокрахмала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 4. С. 47-55. DOI: 10.6060/ivkkt.20266904.6973.
Литература
Ahmed T., Shahid M., Azeem F., Rasul I., Shah A.A., Noman M., Hameed A., Manzoor N., Manzoor I., Mu-hammad S. Biodegradation of plastics: current scenario and future prospects for environmental safety. Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 7287–7298. DOI: 10.1007/s11356-018-1234-9.
Trifonova I.P., Burmistrov V.A., Losev N.V., Rodicheva J.A., Lipatova I.M., Koifman O.I. Features of the rheological behavior of starch hydrogels modified with synthetic latexes. Ross. Khim. Zhurn. 2023. V. 67. N 1. P. 19-27 (in Russian). DOI: 10.6060/RCJ.2023671.3.
Ashogbon A.O., Akintayo E.T. Recent trend in the physical and chemical modification of starches from different botanical sources: A review. Starch/Stärke. 2014. V. 66. P. 41–57. DOI: 10.1002/star.201300106.
Deka D., Sit N. Dual modification of taro starch by microwave and other heat moisture treatments. Int. J. Biol. Macromol. 2016. V. 92. P. 416–422. DOI: 10.1016/j.ijbiomac. 2016.07.040.
Punia S. Barley starch modifications: physical, chemical and enzymatic - a review. Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 144. P. 578–585. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.12.088.
Xie F.W., Yu L., Liu H.S., Chen L. Starch modification using reactive extrusion. Starch/Stärke. 2006. V. 58. P. 131–139. DOI: 10.1002/star.200500407.
Burmistrov V.A., Trifonova I.P., Losev N.V., Larina J.N., Lipatova I.M. Modifiers for the preparation of starch composites under mechanochemical activation: An extended set of criteria. Europ. Polym. J. 2024. P. 113560. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2024.113560.
Yang Y., Tang Zh., Xiong Zh., Zhu J. Preparation and characterization of thermoplastic starches and their blends with poly(lactic acid). Int. J. Biol. Macromol. 2015. V. 77. P. 273-279. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2015.03.053.
Compart J., Singh A., Fettke J., Apriyanto A. Customizing Starch Properties: A Review of Starch Modifications and Their Applications. Polymers. 2023. V. 15. N 16. P. 3491. DOI: 10.3390/polym15163491.
Jacobs H., Delcour J.A. Hydrothermal modifications of granular starch, with retention of the granular structure: a review. J. Agric. Food Chem. 1998. V. 46. N 8. P. 2895-2905. DOI: 10.1021/JF980169K.
Leite T.S., de Jesus A.L.T., Schmiele M., Tribst A.A., Cristianini M. High pressure processing (HPP) of pea starch: effect on the gelatinization properties. LWT. 2017. 76. P. 361-369. DOI: 10.1016/j.lwt.2016.07.036.
Li D., Yang N., Jin Y., Zhou Y., Xie Z., Jin Z., Xu X. Changes in crystal structure and physicochemical properties of potato starch treated by induced electric field. Carb. Polym. 2016. V. 153. P. 535-541. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.08.020.
Hu A., Jiao S., Zheng J., Li L., Fan Y., Chen L., Zhang Z. Ultrasonic frequency effect on corn starch and its cavitation. LWT. 2015. V. 60. N 2. Part 1. P. 941-947. DOI: 10.1016/j.lwt.2014.10.048.
Bai W., Hébraud P., Ashokkumar M., Hemar Y. Investigation on the pitting of potato starch granules during high frequency ultrasound treatment. Ultrason. Sonochem. 2017. V. 35. Part B. P. 547-555. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.022.
Zhu F. Impact of ultrasound on structure, physicochemical properties, modifications, and applications of starch. Trends Food Sci. Technol. 2015. V. 43. N 1. P. 1-17. DOI: 10.1016/j.tifs.2014.12.008.
Bhat R., Karim A.A. Impact of radiation processing on starch. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2009. V. 8. N 2. P. 44-58. DOI: 10.1111/j.1541-4337.2008.00066.x.
Majhi S. Applications of ultrasound in total synthesis of bioactive natural products: A promising green tool. Ultrason. Sonochem. 2021. V. 77. P. 105665. DOI: 10.1016/ j.ultsonch.2021.105665.
Bang J.H., Suslick K.S. Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Adv. Mater. 2010. V. 22. P. 1039-1059. DOI: 10.1002/adma.200904093.
Peshnev B.V., Burlyaeva E.V., Nikishin D.V., Nikolaev A.I., Kuznetsov A.S. Evaluation of the efficiency of cav-itation treatment of dark oil products. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 7. P. 103-110. DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.7006.
Wen B., Eli W., Xue Q., Dong X., Liu W. Ultrasound accelerated esterification of palmitic acid with vitamin C. Ultrason. Sonochem. 2007. V. 14. N 2. P. 213-218. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2006.02.003.
Iida Y., Tuziuti T., Yasui K., Towata A., Kozuka T. Control of viscosity in starch and polysaccharide solutions with ultrasound after gelatinization. IFSET. 2008. V. 9. N 2. P. 140–146. DOI: 10.1016/j.ifset.2007.03.029.
Zhu J., Li L., Chen L., Li X. Study on supramolecular structural changes of ultrasonic treated potato starch granules. Food Hydrocol. 2012. V. 29. N 1. P. 116-122. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2012.02.004.
Liao X., Wang N., Hu R., Xue B., Zhang F., Zhehg J. Effect of ultrasound treatment time on physicochemical and structural properties of lotus root starch. Food Sci. 2024. V. 45. N 6. P. 183-191. DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20230424-235.
Chavez-Esquivel G., Cervantes-Cuevas H., Vera-Ramírez M.A. Effect of dual modification with citric acid combined with ultrasonication on hydrolysis kinetics, morphology and structure of corn starch dispersions. Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 222. Pt. B. P. 1688-1699. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2022.09.218.
Hubackova J., Dvorackova M., Svoboda P., Mokrejs P., Kupec J., Pozarova I., Alexy P., Bugaj P., Machovsky M., Koutny M. Influence of various starch types on PCL/starch blends anaerobic biodegradation. Polym. Testing. 2013. V. 32. N 6. P. 1011-1019. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.05.008.
Biresaw G., Carriere, C.J. Correlation between mechanical adhesion and interfacial properties of starch/biodegradable polyester blends. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2001. V. 39. N 9. P. 920–930. DOI: 10.1002/polb.1067.
Rosa D.S., Lopes D.R., Calil M.R. The influence of the structure of starch on the mechanical, morphological and thermal properties of poly (epsilon-caprolactone) in starch blends. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. N 7. P. 2323-2328. DOI: 10.1007/s10853-006-1105-5.
Boldrini D.E. Synthesis and characterization of corn starch esters obtained in oleic acid/L(+)-tartaric acid me-dium. Carbohydr. Polym. 2025. V. 352. P. 123249. DOI: 10.1016/j.carbpol.2025.123249.
Ovsyannikova V.S., Fufaeva M.S., Dragula S.E. Bio-degradation of cryogels based on polyvinyl alcohol and starch with glycerol and boric acid. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 8. P. 126-134. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.7t.
Lima F.F., Andrade C.T. Effect of melt-processing and ultrasonic treatment on physical properties of high-amylose maize starch. Ultrason. Sonochem. 2010. V. 17. N 4. P. 637-641. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2010.01.001.
Golub N.V., Kosterova R.I., Alinovskaya V.A., Belyaev S.A., Yurkshtovich T.L. Obtaining structure and proper-ties of starch phosphate hydrogels. Vest. BGU. Ser. 2. 2008. N 3. P.29-33 (in Russian).
Mitrus M. Glass transition temperature of thermoplastic starches. Int. Agrophys. 2005. V. 19. P. 237-241.
