The Plasticization Effect of Hydroxylated Palm Stearin Plasticizer (HPS) Towards High-Density Polyethylene (HDPE) Via Compression Moulding
羟基化棕榈硬脂（HPS）有效地作为高密度聚乙烯（HDPE）的一种非反应性生物基增塑剂，通过物理相互作用显著改善熔体加工性能并改变热性能，尽管较高的添加量会因链运动性增加而降低拉伸强度。
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世界正沉浸在塑料之中，这种材料因其耐用性而受到赞誉，却也因其持久性而饱受批评。许多塑料废弃物来自于使用时间极短即被丢弃的一次性物品，这使得垃圾填埋场不堪重负，并污染了生态系统。作为回应，科学家们一直在寻找让这些材料更易于处理的方法，要么是让它们分解得更快，要么是寻找利用可再生资源进行加工的新途径。一个充满前景的方向涉及调整常见塑料的化学成分，使其更易于加工，或者引入生物基成分，从而最终有助于材料的降解。这项努力的核心在于“增塑剂”的概念，即一种添加到硬质塑料中使其变得更软、更具柔性的物质，就像在面团中加入油使其更容易揉捏一样。虽然合成增塑剂长期以来一直是标准配置，但研究人员正越来越多地转向植物基替代品，以减少对化石燃料的依赖并改善这些材料的环境特性。
在最近的一项研究中，来自马来西亚玛拉工艺大学（Universiti Teknologi MARA）的研究人员探索了一种针对当今最常用塑料之一——高密度聚乙烯（HDPE）的特定植物基解决方案。这种坚韧且刚性的塑料被广泛用于制造从牛奶罐到洗涤剂瓶的各种产品。该团队研究了一种名为羟基化棕榈硬脂（HPS）的新型化学改性成分，这种成分提取自棕榈油。他们的目标是观察这种天然物质能否作为 HDPE 的有效增塑剂，在不破坏其基本强度的前提下，改善塑料在熔融和模塑时的流动性。通过将不同比例的这种棕榈油衍生物混入塑料中，研究人员旨在创造一种生物混合材料，使其在制造过程中更容易，且具有潜在的环境友好性，同时仍保留使 HDPE 如此广泛使用的有用特性。
研究人员首先将 HDPE 固体颗粒与 HPS 粉末混合，放入一台加热并搅拌混合物的机器中，直到混合物变成均匀的熔融混合物。他们测试了三种不同的配方，分别按重量添加了 10%、20% 和 30% 的棕榈油衍生物。一旦引入 HPS，机器的阻力便大幅下降。加入的棕榈油衍生物越多，混合材料就变得越容易。在 HPS 添加量最高的混合物中，混合塑料所需的力度比纯塑料降低了近 80%。这表明这种植物基成分成功地滑入了塑料分子长链之间，使它们能够更自由地相互滑动。这种阻力的降低意味着该材料在工厂生产环境下的加工过程会更加容易，且更节省能源。
然而，这种加工便利性的提升是以牺牲强度为代价的。当研究人员拉开模制的塑料条进行耐久性测试时，他们发现随着 HPS 添加量的增加，材料变得越来越弱。纯 HDPE 在断裂前能承受相当大的力量，但添加了 30% HPS 的混合物损失了近一半的强度。材料的伸展性也降低了；虽然纯塑料可以拉伸到原始长度的近五倍而不折断，但含有最多 HPS 的混合物其伸展距离不到原长度的三分之一。在强大的显微镜下仔细观察断裂表面时，团队看到纯塑料具有紧密、致密的结构。相比之下，含有 HPS 的混合物显示出微小的黑色孔洞或空隙，这表明两种材料并未完全融合成为单一、无缝的物质。这些间隙以及塑料链之间增加的空间，解释了为什么材料变得更软且难以承载重物。
研究还检查了塑料在热力学下的表现。加热时，纯 HDPE 会在特定温度下熔化，但 HPS 的加入略微降低了这一熔点，使得材料可以在较低的温度下进行模塑。有趣的是，随着冷却过程的进行，这种植物基成分似乎促使塑料在稍高的温度下开始形成其固体晶体结构。尽管出现了这些变化，但塑料内部的整体结晶程度基本保持不变，这意味着即使在软化过程中，HDHD 的基本性质仍得到了保留。然而，材料的耐热性受到了影响。纯塑料可以承受超过 400 摄氏度的高温而不开始分解，但添加了最多 HPS 的混合物在显著降低的温度下就开始降解，降幅超过 100 度。这表明，虽然这种新成分使塑料更容易熔化和成型，但也使其最终产品对高温更加敏感。
最后，研究人员使用了一种分析材料吸收光线的技术，以检查 HDPE 与棕榈油衍生物之间是否存在化学反应。结果显示，并未形成新的化学键；这两种物质只是并排存在，通过物理作用而非化学作用进行相互作用。这证实了 HPS 确实起到了增塑剂的作用，它通过物理分离塑料链而非通过改变其化学性质来发挥作用。研究结论指出，羟基化棕榈硬脂是一种可行的生物基选择，可使 HDPE 更易于加工，显著降低了熔化和混合塑料所需的能量。虽然它会削弱材料并降低其耐热性，但研究结果提供了一条创造更可持续塑料混合物的清晰路径，前提是未来的工作需要找到提高植物基成分与合成塑料融合度的方法，以维持其强度。
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