淀粉基纳米可降解材料的制备及研究

摘要

淀粉为多羟基的刚性天然高分子材料,脆性及较差的强度是阻碍该类材料应用的关键,因此提高塑料的塑性及力学性能已成为淀粉塑料的主要发展方向。蒙脱土是一种天然的层状硅酸盐,来源广且价格低廉,其片层结构厚度及层间距均处于纳米尺度,能够有效地改善淀粉塑料的力学性能。淀粉/蒙脱土是工业化应用前景非常好的一种聚合物基纳米复合材料。为此本文采用有机处理剂十二烷基-二甲基-基溴化铵作为插层剂与蒙脱土进行离子交换反应,制备了有机蒙脱土OMMT。通过尿素和乙醇胺复合增塑剂对红薯淀粉进行了塑化,利用熔融共混挤出的方法制备了蒙脱土/淀粉纳米复合材料,实现了TPS与蒙脱土在纳米尺度上的复合。主要结论如下：首先采用长链季铵盐阳离子表面活性剂十二烷基-二甲基-苄基溴化铵对钠基蒙脱土进行有机化处理,制得有机蒙脱土。采用红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)等手段对有机蒙脱土的结构进行了表征,结果表明长链季铵盐表面活性剂与蒙脱土进行了离子交换反应,改性前后蒙脱土的层间距从1.50nm扩张到1.70nm,层间距有一定程度的扩张,插层效果显著。MMT与OMMT的热重分析表明有机改性的蒙脱土热稳定性较改性前有所提高。MMT与OMMT的表面性能研究表明：天然蒙脱土的亲水性极佳,而经过改性后的蒙脱土由原来的亲水性变为亲油性,从而有利于其与聚合物的结合。用扫描电镜对原淀粉、热塑性淀粉及复合材料的微观形貌进行了研究。经过尿素和乙醇胺塑化剂塑化后,原来的淀粉颗粒受到一定程度的破坏,形成均一的连续相。从蒙脱土含量为4％的淀粉/蒙脱土纳米复合材料的SEM形貌图中可以看出,蒙脱土均匀的分散在热塑性淀粉基制中,形成稳定的淀粉/蒙脱土纳米复合材料。XRD测试结果表明：未加入蒙脱土的塑化淀粉(TPS)有着一小部分结晶峰。而添加OMMT后,复合材料则没有明显的结晶峰出现,这说明蒙脱土的晶格结构已被破坏,MMT被均匀地分散在聚合物中。力学性能测出：随着蒙脱土含量的增加TPS的拉伸强度和拉伸模量均有较大程度的材料的断裂伸长率明显下降,由原来的90%分别下降到80%、75%、60%和50%。添加了蒙脱土的纳米复合材料与纯的热塑性淀粉相比其耐水性能有了很大的提高。

目录

摘要

ABSTRACT

1 文献综述

1.1 降解塑料概述

1.1.1 背景

1.1.2 塑料的发展及分类

1.1.3 淀粉基生物降解塑料的研究进展

1.1.4 淀粉塑料中发展存在的问题

1.2 层状硅酸盐的结构与改性

1.2.1 层状硅酸盐的结构特征

1.2.2 层状硅酸盐的有机改性

1.3 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料

2 有机蒙脱土的制备与性能

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 原材料及实验设备

2.2.2 有机蒙脱土的制备

2.2.3 表征与测试

2.3 实验分析

2.3.1 蒙脱土的晶体结构特点及性能

2.3.2 蒙脱土的有机改性

2.3.3 FTIR分析

2.3.4 XRD测试

2.3.5 TGA分析

2.3.6 表面性能测试

2.3.7 偏光显微分析

2.4 结论

3 TPS/OMMT纳米复合材料

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 材料与设备

3.2.2 热塑性淀粉/纳米蒙脱土的制备

3.2.3 表征与测试

3.2.4 原淀粉的塑化研究

3.2.5 纳米复合材料性能研究

3.2.6 淀粉/蒙脱土复合材料的力学性能分析

3.2.7 淀粉/蒙脱土复合材料的耐水性能分析

3.3 小结

4 结论

致谢

参考文献

附录