芭蕉芋微晶淀粉的制备及其在聚合物材料中的应用初探

摘要

鉴于石油等不可再生资源日益匮乏，本课题从可持续发展的角度出发，将可再生资源材料芭蕉芋淀粉进行酸解制备微晶淀粉(MST)，并将其尝试与天然橡胶㈣、聚乳酸(PLA)等生物基聚合材料进行复合，制备MST/NR、MST/PLA、MAH-MST/PLA复合材料。在材料的可持续性发展以及拓宽芭蕉芋淀粉在工业方面的应用具有一定的意义与参考价值。
　　本文利用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析仪(TGA)等表征手段对微晶淀粉及复合材料进行了结构表征，并对复合材料的力学性能和吸水性能等进行测试。主要结论如下:
　　1、SEM、AFM的测试结果表明，大部分MST的粒径在3μm以下，20％左右达到纳米级别。MST形貌多为凹凸不平、形状不规则的片晶或类晶须状物质。XRD结果表明硫酸成功将淀粉的无定形区酸解刻蚀，使其结晶度升高。TGA结果表明，酸解后MST的起始分解温度由280℃降低至210℃，但其热失重率比原淀粉低。
　　2、通过FT-IR测试，发现改性淀粉在1722 cm-1处出现了C=O的伸缩振动吸收峰，表明MAH成功接到MST上。经MAH改性，淀粉的亲油性得到改善。改性前后淀粉的晶型并未发生明显变化。
　　3、MST/ NR的硫化曲线及拉伸研究表明，MST的添加使NR的交联密度增加，对NR基体起到了补强作用。其中15 phr MST添加量的NR复合材料的力学性能较佳。
　　4、通过对比分析了MST/PLA与MAH-MST/PLA复合膜的各项性能。MAH-MST/PLA的耐水性得到显著改善。MAH改性淀粉与PLA的相容性得到了提高，两者的界面黏结力增强，使水分子的扩散阻力增大，降低了复合膜的吸水率。力学性能测试结果表明，3wt％ MST添加量的复合膜力学性能效果最佳。拉伸强度由14.58 MPa升高到17.26 MPa;断裂伸长率也由7.58％增加至21.00％。MAH-MST对PLA起到了增强、增韧的作用。

目录

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摘要

中英文缩略词一览表

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 淀粉概述

1．2．1 芭蕉芋淀粉的结构、性质及应用现状

1．2．2 常用的淀粉改性方法

1．2．3 微晶淀粉及其改性

1．3 微晶淀粉在复合材料中的应用

1．3．1 NR概述

1．3．2 MST／NR复合材料的研究进展

1．3．3 PLA概述

1．3．4 淀粉／PLA复合材料的研究进展

1．4 本课题的研究意义及内容

1．4．1 本课题的研究意义

1．4．2 本课题的主要研究内容

第二章 芭蕉芋微晶淀粉的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验材料

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 实验方法

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 莱卡显微镜照片分析及MST产率

2．3．2 形貌与粒径分析

2．3．3 溶解度与膨润力分析

2．3．4 XRD分析

2．3．5 MST在水中的分散性

2．3．6 红外谱图分析

2．3．7 AFM测试分析

2．3．8 TGA曲线分析

2．4 本章小结

第三章 MST／NR复合材料的研究初探

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验材料

3．2．2 主要仪器设备

3．2．3 实验方法

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 硫化曲线分析

3．3．2 红外光谱分析

3．3．3 力学性能分析

3．3．4 三步拉伸循环分析

3．4 本章小结

第四章 微晶淀粉的改性及其在PLA复合材料中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要实验材料

4．2．2 主要仪器设备

4．2．3 实验方法

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 MAH用量对淀粉DS的影响

4．3．2 改性MST的分散性研究

4．3．3 改性MST的红外谱图分析

4．3．4 改性MST的TGA分析

4．3．5 改性MST的XRD分析

4．3．6 复合膜的红外谱图分析

4．3．7 复合膜的吸水性能分析

4．3．8 复合膜的力学性能分析

4．3．9 复合膜的断面形貌分析

4．3．10 复合膜的TGA分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢