淀粉/OMMT纳米复合膜的制备及性能研究

摘要

为了获得高性能的淀粉/蒙脱土纳米复合材料，本文选取改性淀粉为成膜基材，以自制有机改性蒙脱土(OMMT)为增强剂，采用溶液流延法制得淀粉/蒙脱土纳米复合膜，研究OMMT制备条件和淀粉种类对OMMT和淀粉/OMMT纳米复合膜性能影响。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)等检测方法分析OMMT的纳米结构;通过机械性能分析、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、水蒸气透过率(WVP)、透射电镜(TEM)、透光率等指标来表征淀粉/OMMT复合膜的性能。主要研究结果有以下几点:
　　1.改性剂种类对OMMT和淀粉/OMMT复合膜性能的影响
　　6种季铵盐均与天然蒙脱土(Na-MMT)形成了良好的纳米插层结构，具有较大分子量的改性剂对于增大OMMT层间距和提高热失重具有显著效果，D1821MMT具有最大层间距为3.56 nm，而1231MMT具有最小层间距为1.81 nm，均大于Na-MMT的层间距;随着季铵盐分子量和烷基链长度的增加，淀粉/OMMT纳米复合膜的抗拉强度(TS)提升到6.16 MPa，水蒸气渗透系数(WVP)降低至1.80×10-10 g·m·m-2·s-1·Pa-1，玻璃化转变温度(Tg)为17.1℃，并取得较好的热封性能;但是，OMMT的加入降低了复合膜的透光率，且不利于复合膜微观形貌均匀化。具有较大分子量的改性剂1831、1827、D1821更适合淀粉/OMMT纳米复合膜的制备。
　　2.改性剂添加量对OMMT和淀粉/OMMT复合膜性能的影响。
　　当改性剂添加量为50％时，OMMT改性达到平衡;中等添加量的改性剂更有利于蒙脱土层间距的增大和复合膜插层或剥离结构形成;随着改性剂添加量(0％-70％)的增大，淀粉/OMMT复合膜抗拉强度和透光率不断增大，WVP逐渐减小;当D1821、1827、1831添加量分别为30％时，淀粉/OMMT复合膜具有较好的机械性能，阻水性能和透光率;淀粉/OMMT具有较好的热封性。
　　3.改性淀粉种类和OMMT种类对淀粉/OMMT复合膜性能影响
　　氧化酯化淀粉(OAS)与D1821MMT形成良好的纳米插层结构且具有较强的氢键作用，复合膜具有最大的抗拉强度(TS，5.80 MPa)和透光率(86.83％);羟丙基交联淀粉(HPDSP)与1827MMT形成剥离型纳米结构且存在较强的氢键作用，复合膜取得最低水蒸气渗透系数为1.30×10-10 g·m·m-2·s-1·Pa-1，深度氧化淀粉(HOS)与1827MMT复合后取得最大的断裂伸长率为45.68％。不同改性淀粉与不同OMMT复合后的到三种性能优异的组合，可满足不同食品包装的需要。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 全淀粉塑料概述

1．1．1 淀粉的结构

1．1．2 淀粉的成膜机理

1．1．3 影响淀粉成膜的主要因素

1．1．4 全淀粉塑料研究进展

1．2 蒙脱土的性质概述

1．2．1 蒙脱土的结构

1．2．2 蒙脱土的性质

1．2．3 蒙脱土的有机改性

1．3 淀粉／蒙脱土纳米复合材料研究概述

1．3．1 淀粉／蒙脱土纳米复合材料制备方法

1．3．2 淀粉／蒙脱土纳米复合材料的结构

1．3．3 淀粉／蒙脱土纳米复合材料的研究进展

1．4 本文的研究思路及创新点

1．4．1 本文的研究背景及意义

1．4．2 本文的研究内容

1．4．3 本文的创新点

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 试验方法

2．3．1 有机改性蒙脱土的制备

2．3．2 淀粉／蒙脱土复合膜的制备

2．3．3 淀粉／蒙脱土复合膜力学性能测定

2．3．4 淀粉／蒙脱土复合水蒸气渗透系数测定

2．3．5 淀粉／蒙脱土复合膜透光率测定

2．3．6 淀粉／蒙脱土复合膜X-射线衍射分析

2．3．7 淀粉／蒙脱土复合膜红外光谱分析

2．3．8 淀粉／蒙脱土复合膜的差示扫描量热分析

2．3．9 淀粉／蒙脱土复合膜的透射电镜

2．3．10 OMMT热失重的测定

2．3．11 OMMT烧失重的测定

2．3．12 OMMT阳离子交换容量的测定

2．3．13 数据处理

3 结果与分析

3．1 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜性能影响

3．1．1 改性剂种类对OMMT红外光谱的影响

3．1．2 改性剂种类对蒙脱土热稳定性的影响

3．1．3 改性剂种类对蒙脱土阳离子交换容量的影响

3．1．4 改性剂种类对蒙脱土和淀粉／蒙脱土复合膜结构的影响

3．1．5 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜力学性能的影响

3．1．6 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜阻水性能的影响

3．1．7 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜热学性能的影响

3．1．8 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜透光率的影响

3．1．9 改性剂种类对淀粉／蒙脱土复合膜微观形貌的影响

3．2 改性剂添加量对淀粉／OMMT复合膜性能影响

3．2．1 改性剂添加量对OMMT烧失重的影响

3．2．2 改性剂添加量对OMMT和淀粉／OMMT复合膜结构的影响

3．2．3 改性剂添加量对淀粉／OMMT复合膜力学性能的影响

3．2．4 改性剂添加量对淀粉／OMMT复合膜阻水性能的影响

3．2．5 改性剂添加量对淀粉／蒙脱土复合膜热稳定性的影响

3．2．6 改性剂添加量对淀粉／OMMT复合膜透光率的影响

3．2．7 改性剂添加量对淀粉／OMMT复合膜纳米结构的影响

3．3 不同有机改性蒙脱土与不同改性淀粉复合的研究

3．3．1 OMMT的XRD分析

3．3．2 淀粉／OMMT复合膜的XRD分析

3．3．3 淀粉／OMMT复合膜的红外光谱分析

3．3．4 淀粉／OMMT复合膜的力学性能分析

3．3．5 淀粉／OMMT复合膜的阻水性能分析

3．3．6 淀粉／OMMT复合膜的透光率分析

3．3．7 淀粉／OMMT复合膜的热稳定性分析

4 讨论

4．1 蒙脱土在淀粉塑料中的应用

4．2 改性淀粉在淀粉塑料中的应用

4．3 增塑剂在淀粉塑料中的应用

4．4 淀粉／蒙脱土复合膜的结构与性能分析

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文目录