改性高直链玉米淀粉/蒙脱土复合膜的制备及性能研究

摘要

以高直链淀粉为原料制备的淀粉膜性能优良，但高直链淀粉糊化温度较高，且糊化后极易老化，为了改善其制膜工艺与各项性能指标，本文对高直链淀粉进行改性，并采用溶液流延法制备改性高直链淀粉/蒙脱土纳米复合膜，研究不同改性程度对复合膜性能的影响。采用X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、小角X-射线散射（SAXS）分析复合膜的微观结构，利用动态机械热分析（DMA）、热重分析（TGA）、接触角测试（CA），结合力学性能、透水性能以及流变性能等测试，来表征复合膜的各项性质。运用扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）等表征改性淀粉的各项性质。主要研究结果如下：
　　（1）不同类型蒙脱土（天然蒙脱土和有机改性蒙脱土）对高直链阳离子玉米淀粉/蒙脱土纳米复合材料性能有显著影响。天然蒙脱土（Mt）与CS之间的相容性较好，能够显著提高复合膜的力学性能、阻水性能和热稳定性。二者复合后，Mt呈现剥离态。而CS与有机改性蒙脱土（D1821Mt）复合后，D1821Mt除了与CS0.04形成完全剥离的状态外，在另外三种取代度的CS中形成了较弱的插层结构。且CS0.20与D1821Mt复合时出现团聚现象，相容性较差。
　　（2）阳离子化程度对高直链淀粉/蒙脱土纳米复合材料的性能和结构有显著影响。复合膜在DS=0.04时抗拉强度最大，为14.01 MPa。CS0.04Mt和CS0.11Mt的阻水性能比对照组显著提高，其中CS0.11Mt的水蒸气透过系数降低了12.39％；XRD图谱表明，随着DS的增加，CSMt复合膜中Mt的剥离程度逐渐增加，但剥离程度过高会降低复合膜的阻水性能和力学性能；CS0.16和CS0.20与Mt之间的作用力较弱，导致了复合体系在高频处表现出黏性行为。综合比较，CS0.04Mt复合膜的各项性能较为优良。
　　（3）长链二元酸酯化显著影响阳离子玉米淀粉的性能。FTIR图谱显示出了淀粉酯的特征峰，证明了酯化反应的发生。二元酸酯化后，淀粉的晶型由B型变为V型结构，且结晶度随着DS的增加而表现出先升高后降低的趋势；SEM显示淀粉酯的形态发生明显变化，颗粒表面表现出不同程度的侵蚀和孔洞；在N,N-二甲基乙酰胺溶液中酯化改性使淀粉颗粒内部都趋于松散，所制得的高直链阳离子淀粉酯的热稳定性降低。
　　（4）长链二元酸酯化显著影响阳离子玉米淀粉纳米复合膜的性能。XRD分析显示SE0.010Mt复合膜的衍射峰明显，结晶度最大，SE0.020Mt复合膜的衍射峰整体上几乎消失，结晶度最小。与阳离子淀粉复合膜相比，淀粉酯复合膜水蒸气透过系数在DS=0.010时取得最小值，为1.35×10-10 g·m/m2·s·Pa，其阻水性能显著提高；SE0.020Mt与水的接触角达到100.17°，淀粉酯复合膜的疏水性能显著提高。SE0.010与Mt之间的界面作用力最强，SE0.010Mt热稳定性最高，其综合性能最优。

目录

声明

符 号 说 明

1引言

1.1 淀粉概述

1.2 淀粉膜概述

1.3 研究目的及意义

1.4 研究内容

2 材料与方法

2.1 主要原料与试剂

2.2 主要试验仪器与设备

2.3 制备方法

2.4 分析测定方法

3 结果与分析

3.1 蒙脱土类型和阳离子化改性对复合膜性能的影响

3.2 酯化改性对高直链阳离子淀粉性能的影响

3.3 酯化改性对复合膜性能的影响

4 讨论

4.1 高直链淀粉在淀粉基材料中的应用

4.2 改性淀粉在淀粉基材料中的应用

4.3 增塑剂在淀粉基材料中的应用

5 结论

参考文献

致谢