热塑性淀粉/聚(对苯二甲酸丁二醇-co-己二酸丁二醇)全生物降解膜的制备

摘要

现今以聚乙烯(PE)为代表的石油基塑料产生的“白色污染”日益严重,急需一种可降解的材料来替代石油基塑料。而作为一种完全生物降解塑料,聚对苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇共聚酯(PBAT)的加工性能良好,但其成本偏高,无法满足市场的要求。淀粉来源广泛,成本较低,将PBAT与淀粉进行共混复合可以大大降低材料的成本。
　　但是淀粉与PBAT的相容性较差,特别是淀粉本身塑性较差,难以对其进行成型加工,复合后会大大降低材料的性能,因此需对其进行改性。本文采用甘油与B2作为增塑剂,MMT、SiO2及增强剂C作为增强剂,B3、B8、B5与B4为改性剂对淀粉/PBAT复合材料进行改性,并通过测试材料的力学及流变性能,观察各种改性剂对材料的影响。然后加入疏水剂B12,制备复合材料薄膜,通过接触角测试、吸水率测试及结晶行为观察复合材料薄膜的耐水及老化性能,并通过拉伸试验、热失重分析、断面形貌分析薄膜材料的力学性能、热稳定性及相容性。
　　分别研究了增塑剂、增强剂与改性剂对复合材料力学性能及增强剂对复合材料流变性能的影响。不同的增塑剂用量及比例对复合材料增塑效果各不相同,其中增塑剂甘油/B2含量为为8/4时,材料的力学性能达最佳,扭矩也较低。三种增强剂MMT、SiO2、C的增强效果也不同,其中加入5份MMT增强效果最好,强度达到12.40MPa,断裂伸长率也达到260％,而平衡扭矩及剪切粘度均随着增强剂含量增加呈现先减小后增大的趋势,通过对比发现MMT增强的复合材料的平衡扭矩及剪切粘度小于其它两种增强剂。采用了正交试验研究了改性剂对材料的影响,结果表明改性剂改2、改3、B4、B5的含量分别为1份、0.5份、0.5份和1.5份时,材料的力学性能、颜色及扭矩均达最佳。
　　采用接触角测试仪、X-射线衍射仪等对材料的耐水性和结晶行为进行了研究。结果表明MMT、 SiO2及B12能改善薄膜的耐水性能,其中加入SiO2+B12的复合材料薄膜的耐水效果最好,接触角为79.74°。MMT与SiO2均能抑制淀粉VH型结晶的生长,其中的SiO2效果更佳。
　　通过对复合材料薄膜进行力学性能测试,发现加入MMT及SiO2后,薄膜的纵、横拉伸强度均明显提高,而加入MMT对断裂伸长率影响较小,加入SiO2断裂伸长率则明显降低。通过热性能分析,发现加入MMT及SiO2可以改善薄膜的热稳定性。对复合材料断面形貌进行了观察,发现与未改性淀粉/PBAT材料相比,改性后的复合材料的相容性明显改善,相分离现象消失,并且MMT与SiO2在复合材料中的分散性较好。

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Content

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 生物降解塑料的研究现状

1.3 淀粉基生物降解塑料的研究进展

1.4 聚对苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇共聚酯(PBAT)

1.5 课题研究意义及内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器设备

2.3 试样的制备

2.4 性能测试

第3章 热塑性淀粉/PBAT复合材料力学及流变性能的研究

3.1 增塑剂的影响

3.2 增强剂的影响

3.3 改性剂的影响

3.4 本章小结

第4章 淀粉/PBAT复合材料薄膜的疏水性能及结晶行为研究

4.1 接触角测试

4.2 吸水率测试

4.3 结晶行为

4.4 本章小结

第5章 复合材料薄膜其它性能研究

5.1 淀粉/PBAT复合材料薄膜的力学性能分析

5.2 热性能分析

5.3 SEM分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况

致谢