淀粉酯化及酯化淀粉/PCL共混物性能研究

摘要

本论文采用干法制备顺丁烯二酸酐淀粉酯(ES)，研究了反应时间、温度、水份、反应物比例对淀粉取代度的影响，结果表明，淀粉水份含量为12％-14％，顺酐与淀粉的质量比在3/10-4/10之间，在85℃-90℃之间反应2h-3h，酯化淀粉的取代度达0.4，酸酐利用率达75％。对ES进行了红外光谱表征，证明有酯羰基(μC=0)伸缩振动吸收；比较了原淀粉和酯化淀粉吸水性、粘度、热性能差别，结果表明酯化淀粉比原淀粉具有更好的耐水性能，其粘度远低于原淀粉；酯化淀粉的热稳定性也比原淀粉好。 用挤出机挤出共混法制备ES/PCL共混物，用毛细管流变仪研究了共混物的流变性能。结果表明，共混物融体的非牛顿指数n<1，均表现出假塑性流体特征；在相同剪切应力下，随着PCL含量的升高，表观粘度降低，且均低于TPS的表观粘度；在加工温度范围内，共混物的表观粘度随温度的升高而下降，剪切速率随温度的升高而升高；在一定条件下，所研究的几种共混物的E<,n>在47KJ.mol<'-1>-53KJ.mol<'-1>之间，且随着PCL含量增加，共混物粘流活化能降低。 用DSC和TG研究了共混物的玻璃化转变和热稳定性，结果表明，共混物的峰温和热失重值均介于淀粉和PCL之间，表明高聚物分子间有一定的相互作用，共混物表现出良好的相容性，热稳定性得到提高。 用平板硫化仪制得共混物片材，研究了片材的耐水性能，表明PCL可以明显改善片材的耐水性，总体上随着PCL含量的增加，片材耐水性能提高，有的片材吸水率仅为3％；但水和甘油的用量对片材的耐水性也有不同程度的影响，体系中只有甘油作增塑剂时，系列片材吸水率均低于20％；体系中只有水作为增塑剂时，片材的吸水率最高达160％；体系中水和甘油作为复合增塑剂时，片材的吸水率介于单一增塑剂之间；另外ES(m)/PCL(m)=70/35系列样品的耐水性能和尺寸稳定性优于70/8、70/26和70/49。 用微机控制电子万能试验机研究了共混物片材的机械性能，实验结果表明酯化淀粉/PCL共混物片材断裂强度和断裂伸长率均比热塑性淀粉的高，在固定酯化淀粉用量70g、以水和甘油为增塑剂与PCL共混体系中，甘油的用量在10g-25g，水的用量在5 g-25 g，PCL的用量在8 g-35 g时其力学性能较好，断裂伸长率可达97％，断裂强度可达177 MPa。 通过土埋实验研究了酯化淀粉/PCL片材的降解性能，结果表明片材的降解速度大大加快，30 d时失重达50％，60 d时失重达70％，90 d后所有片材与土壤融为一体，具备完全生物降解性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究目的和意义

1.2完全降解塑料的发展及现状

1.2.1光降解塑料

1.2.2聚合型生物降解塑料

1.2.3天然高分子型生物降解塑料

1.2.4转基因植物合成塑料

1.3淀粉基生物降解塑料

1.3.1潜在优势及研究方向

1.3.2淀粉的改性

1.3.3淀粉/PCL共混物

1.4本课题设计思路及创新之处

1.5技术路线

2实验材料与方法

2.1主要实验药品

2.2主要仪器设备

2.3实验方法

2.3.1顺丁烯二酸淀粉酯的制备

2.3.2酯化淀粉取代度测定及红外光谱表征

2.3.3酯化淀粉的DSC和TG分析

2.3.4酯化淀粉粘度测定

2.3.5原淀粉与酯化淀粉的吸水性

2.3.6酯化淀粉/PCL共混物制备

2.3.7共混物片材制备

2.3.8共混物流变性能测试

2.3.9共混物热性能测定

2.3.10共混物片材机械性能测试

2.3.11共混物片材吸水率测试

2.3.12土埋条件下共混物片材的土埋降解测试

3结果与分析

3.1反应温度对酯化度的影响

3.2淀粉水分含量对酯化度的影响

3.3酯化剂用量对取代度的影响

3.4反应时间对取代度的影响

3.5红外光谱表征

3.6原淀粉与酯化淀粉的粘度比较

3.7原淀粉和酯化淀粉的吸水性

3.8原淀粉与酯化淀粉的DSC分析比较

3.9原淀粉与酯化淀粉的TG分析比较

3.10酯化淀粉/PCL共混物流变性能研究

3.10.1共混物表观粘度的压力依赖性

3.10.2共混物表观粘度的温度依赖性

3.10.3 PCL、甘油和水含量对共混物体系粘度的影响

3.11酯化淀粉/PCL共混物热性能研究

3.11.1淀粉改性对其结晶结构的影响

3.11.2 PCL的热性能

3.11.3酯化淀粉/PCL共混物的热性能

3.12酯化淀粉/PCL共混物片材耐水性

3.12.1 PCL用量对材料耐水性能的影响

3.12.2甘油和水的含量对材料耐水性能的影响

3.13共混物机械性能

3.13.1 PCL用量对酯化淀粉/PCL共混物断裂强度与断裂伸长率的影响

3.13.2甘油和水的用量对酯化淀粉/PCL共混物机械性能的影响

3.14酯化淀粉/PCL共混物片材土埋降解性

3.14.1土埋实验中片材的失重

3.14.2 PCL、甘油和水含量对降解性的影响

4结论

参考文献

致谢

研究生期间发表论文题录