热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的制备及性质研究

摘要

淀粉/聚乳酸共混可降解材料综合了聚乳酸的高性能和淀粉的低成本，不但能够部分替代传统石油基塑料，更拓展了淀粉的非食物用途，是一种极具开发前景的新型可降解塑料。但是由于天然淀粉无法熔融加工，在与聚乳酸共混中以淀粉颗粒的形式填充其中，添加量受到制约，共混材料的使用性能也不尽如人意。 本研究通过对淀粉的螺杆挤出和甘油增塑，制备热塑性淀粉，并使用制得的甘油/淀粉质量比不同的热塑性淀粉与聚乳酸共混注塑成型，以得到不同聚乳酸含量和不同甘油/淀粉质量比的热塑性淀粉/聚乳酸共混材料标准测试样条。首先通过对热塑性淀粉挤出扭矩、粘度特性、热重/差热曲线的分析，考察了在热塑性淀粉制备过程中甘油/淀粉质量比和挤出工艺参数对热塑性淀粉性能的影响，确定了热塑性淀粉制备工艺。通过对热塑性淀粉/聚乳酸共混材料样条拉伸/弯曲力学性能、耐水性、热重/差热曲线的考察，深入探讨了聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料样条物理性质的影响。得出以下结论： 在热塑性淀粉的制备过程中，甘油/淀粉质量比的提高能够改善热塑性淀粉的塑化特性，挤压机机腔温度和螺杆转速对热塑性淀粉的塑化特性也具有一定影响。当甘油/淀粉质量比为2/5，机腔三区温度为130℃，五区温度为110℃～125℃，螺杆转速为80rpm时，制备的热塑性淀粉具有较好的塑化特性和经济性。 热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量均随聚乳酸含量的提高而提高；淀粉的甘油增塑在一定程度上降低了共混材料的拉伸强度，但随着甘油/淀粉质量比的提高，其拉伸强度和断裂伸长率又有回升，并显著提高；随甘油/淀粉质量比的提高，共混材料弯曲强度增大，而弯曲模量则降低。相对而言，聚乳酸含量对共混材料的拉伸性能影响更为显著，热塑性淀粉的甘油/淀粉质量比对共混材料弯曲性能影响更为显著。 热塑性淀粉与聚乳酸的共混降低了聚乳酸材料的耐水性。但是甘油对淀粉的增塑作用能够在一定程度上缓解耐水性的劣化，且效果随热塑性淀粉含量的提高(聚乳酸含量的降低)而提高。热塑性淀粉/聚乳酸共混材料热稳定性较好，玻璃转化温度不受聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比变化的影响，熔融温度与纯聚乳酸接近，但随聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比的提高而小幅降低。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章文献综述

1.1可降解塑料概述

1.1.1背景

1.1.2可降解塑料的发展及分类

1.1.3可降解塑料的应用状况

1.2淀粉在可降解塑料中的应用

1.2.1热塑性淀粉

1.2.2以淀粉为原料的生化合成聚合物

1.3淀粉/聚乳酸共混材料

1.3.1淀粉/聚乳酸共混材料研究现状

1.3.2淀粉/聚乳酸共混材料研究存在的问题和发展方向

1.4本研究的技术路线

第二章甘油/淀粉质量比和挤出工艺参数对热塑性淀粉的影响

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1试验材料

2.2.2仪器与设备

2.2.3试验方法

2.3结果分析

2.3.1甘油/淀粉质量比和挤出工艺参数对淀粉热塑过程中扭矩的影响

2.3.2甘油/淀粉质量比和挤出工艺参数对热塑性淀粉粘度特性的影响

2.3.3甘油/淀粉质量比和挤出工艺参数对热塑性淀粉TG/DTA曲线的影响

2.4讨论与小结

2.4.1讨论

2.4.2小结

第三章聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料力学性质的影响

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1试验材料

3.2.2仪器与设备

3.2.3试验方法

3.3结果分析

3.3.1聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料拉伸强度的影响

3.3.2聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料断裂伸长率的影响

3.3.3聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料弯曲强度的影响

3.3.4聚乳酸含量和甘油/淀粉质量比对共混材料弯曲模量的影响

3.3.5聚乳酸含量、甘油/淀粉质量比与力学指标间的相关分析

3.3.6共混材料力学指标间的相关分析

3.3.7热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的扫描电镜观察

3.4讨论与小结

3.4.1讨论

3.4.2小结

第四章热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的性质

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1试验材料

4.2.2仪器与设备

4.2.3试验方法

4.3结果分析

4.3.1共混材料的力学性质

4.3.2共混材料的耐水性

4.3.3共混材料的热稳定性

4.4讨论与小结

4.4.1讨论

4.4.2小结

第五章讨论与结论

5.1讨论

5.1.1注塑工艺参数对热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的影响

5.1.2热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的增容

5.1.3热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的应用与推广价值

5.2结论

参考文献

附录

致谢

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