This paper reviews the thermal processing of starch-based polymers, including both fundamental science such as microstructure, phase transition and rheology, as well as processing techniques, conditions and formulations. The unique microstructure of starch and its multiphase transitions during thermal processing provide an outstanding model system to illustrate our conceptual approach to understanding the structure–processing–property relationships in polymers. One of the unique characteristics of starch-based polymers is their thermal processing properties, which are much more complex than conventional polymers, since multiple chemical and physical reactions may occur during processing, such as water diffusion, granular expansion, gelatinization, decomposition, melting and crystallization. Among these phase transitions, gelatinization is particularly important because it is closely related to the others, and it is the basis of the conversion of starch to a thermoplastic. Furthermore, the decomposition temperature of starch is higher than its melting temperature before gelatinization. Various conventional processing techniques such as extrusion, injection compression molding, and casting, as well as some new techniques such as reactive extrusion, have been adapted for processing starch-based polymers. The achievements in this area have increased our knowledge of polymer science, in particular that of natural polymers.

The last decade has seen the development of green materials, which intends to reduce the human impact on the environment. Green polymers are obviously tendency subset of this stream and numerous bio-sourced plastics (bioplastics) have been developed. Starch as an agro-sourced polymer has received much attention recently due to its strong advantages such as low cost, wide availability, and total compostability without toxic residues. However, despite considerable commercial products being available, the fundamental properties (mechanical properties, moisture sensitivity, etc.) of plasticised starch-based materials have to be enhanced to enable such materials to be truly competitive with traditional petroleum-based plastics over a wider range of applications. Regarding this, one of the most promising technical advances has been the development of nano-biocomposites, namely dispersion of nano-sized filler into a starch biopolymer matrix. This paper reviews the state-of-the-art in the field of starch-based nano-biocomposites. Various types of nanofillers that have been used with plasticised starch are discussed such as phyllosilicates (montmorillonite, hectorite, sepiolite, etc.), polysaccharide nanofillers (nanowhiskers/nanoparticles from cellulose, starch, chitin, and chitosan), carbonaceous nanofillers (carbon nanotubes, graphite oxide, and carbon black), and many more. The main preparation strategies for starch-based nano-biocomposites with these types of nanofillers and the corresponding dispersion state and related properties are also discussed. The critical issues in this area are also addressed.

Polyurethane elastomers have a combination of excellent mechanical, physical and chemical properties along with exceptional biocompatibility. Therefore, these elastomeric systems are used in a diverse range of indoor, outdoor, underwater and biomedical applications. However, under certain conditions polyurethane elastomers undergo degradation, resulting in modified properties during usage or even complete failure. The degradation will not only severely affect the quality of the associated items, devices, or instruments, but may also cause catastrophic outcomes risking people’s safety and health. This review presents a comprehensive survey of the literature regarding various types of degradation of polyurethane elastomers, including photo-, thermal, ozonolytic, hydrolytic, chemical, enzymatic, in-vivo/in-vitro oxidative, biological, and mechanical degradation. The stability of polyurethane elastomers based on different building blocks of macrodiols (polyester, polyether, polycarbonate, polybutadiene, and polyisobutylene), isocyanates (aromatic and aliphatic), and chain extenders (diols, triols, and diamines) are summarised, and the mechanisms of different types of degradation are presented. The chemical components significantly influence not only the material structure and properties but also the degradative stability. Focussing on the components, we explore strategies for the enhancement of polyurethane stability through chemistry and engineering. A range of stabilizers, including both organic and inorganic additives for better stability against different types of degradation, are discussed, with a focus on their efficacy and mechanisms of action. A perspective on novel polyurethane materials with desired structures and properties combined with exceptional stability is also provided.

The advent of direct-ink-writing 3D printing in food processing highlights potential for innovation but underscores challenges with food-grade inks, notably their inadequate self-supporting properties post-extrusion that impede maintaining structural integrity and crating complex 3D forms. This challenge is particularly pronounced with starch—a key food ingredient. This study aims to bolster the printability of normal corn starch (NCS) through integration with pregelatinized (PG) high-amylose starch (G50 and G70, with 55% and 68% amylose contents, respectively) and proteins (soy, wheat, pea protein isolates, and whey protein). The PG starch was prepared by disorganizing the high-amylose starches in 33% CaCl2 solution and then precipitating them with ethanol. The formulation featuring an NCS/PG-G70/soy protein isolate ratio of 5:5:3 emerged superior, yielding enhanced formability, precise line printing, and robust self-support. This adapted starch-based gel facilitated the 3D printing of sophisticated structures, such as hollow and overhanging architectural forms, without necessitating chemical modification or a support bath. In vitro enzymatic hydrolysis tests on the printed constructs manifested approximately 50% resistant starch and 15% slowly digestible starch. These results suggest that the composite biopolymer ink developed in this study showcases not only superior printability but also boasts improved digestion-resistance. Thus, the findings from this research provide a foundation for developing food-grade inks capable of crafting customizable, intricately structured food products while conferring health advantages.

In light of the pressing global issues surrounding foodborne illnesses, food waste and plastic pollution from packaging, the necessity for sustainable, advanced food packaging solutions is brought into sharp focus. Alginate, derived from seaweed, has emerged as a focal point for materials innovation due to its renewable nature, biodegradability and versatile functionality. This comprehensive review examines recent developments in the field of alginate-based nanocomposites specifically designed for use in food packaging. Significant advancements entail the incorporation of diverse nanoparticles—such as polysaccharides, carbon-based and metallic species, metal oxides, nanoclays, layered double hydroxides, carbon dots and metal–organic frameworks—into alginate matrices. These integrations markedly elevate the mechanical robustness, thermal stability and barrier effectiveness of the materials. Furthermore, these nanocomposites manifest antimicrobial, antioxidant and sensing capabilities vital for food preservation. Pioneering methodologies encompass the infusion of plant extracts, essential oils and bioactive compounds, which synergistically enhance performance metrics. The review highlights the practical applications of these materials, demonstrating their effectiveness in prolonging shelf life and maintaining quality in a range of food products, such as fresh produce, meat and dairy items. It also presents forward-thinking insights that advocate for cost-effective and biosafe nanofiller exploration, resource-efficient process development and innovative formulation strategies to further amplify material functionality and expand the scope of applications in food packaging.