魔芋葡甘聚糖热塑改性技术及应用基础研究

摘要

本项目在国家自然科学基金项目《高强度可食性魔芋葡甘聚糖薄膜成膜基础研究》（批准号：29876017）和科技部财政部科技型中小企业创新基金《完全生物降解的魔芋葡甘聚糖包装膜的研制》（批准号：03C26215100240）等项目的资助下，以我国来源丰富、可再生的特有天然魔芋葡甘聚糖（KGM）为原料，围绕环境友好、满足使用要求的魔芋葡甘聚糖热塑新材料的研发，研究了乙酸乙烯酯和丙烯酸甲酯为接枝单体对KGM的接枝共聚、热塑改性、熔融共混的流变特性和应用特性等。试验结果表明： （1）魔芋葡甘聚糖/乙酸乙烯酯接枝共聚改性体系中当引发剂浓度12mmol/L，单体含量75％，在70℃，3小时的优化反应条件下，接枝率和接枝效率分别为62．19％和92．98％。魔芋葡甘聚糖/丙烯酸甲酯接枝共聚改性体系中当引发剂浓13mmol/L，单体含量8096，在75℃，2小时的优化反应条件下，接枝率和接枝效率分别为73．58％和96．59％。魔芋葡甘聚糖/乙酸乙烯酯/丙烯酸甲酯共改性体系中当引发剂浓度8mmol/L，单体含量75％，在75℃，3小时的优化反应条件下，接枝率和接枝效率分别为68．41％和93．01％。 （2）乙酸乙烯酯接枝改性后的KGM在1739cm—1处的羰基吸收峰明显增强，出现了接枝链聚乙酸乙烯酯的特征吸收峰。丙烯酸甲酯改性后的热塑性KGM在1450cm—1处出现了—CH2—的变形振动、1238cm—1处出现了—CO—O—伸缩振动以及1390cm—1处出现了羧基的特征吸收峰。乙酸乙烯酯和丙烯酸甲酯共改性后的热塑性KGM在1735 cm—1处的羰基吸收峰显著增强，在1241cm—1处出现了乙酸酯的特征吸收峰，在1384cm—1处出现了很强的羧基特征振动吸收峰，改性KGM与单体问发生了显著的接枝共聚。 （3）扫描电镜观察热塑改性的KGM为颗粒较大的片状粉末，且具有了疏松多孔的片层网络结构。KGM分子链上大量的羟基被热塑性的单体聚合链聚乙酸乙烯酯或聚丙烯酸甲酯取代而形成弱极性且疏油疏水的KGM支链，从而使热塑改性后的KGM不溶于水和极性溶剂中。偏光显微镜观察KGM经乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯接枝或乙酸乙烯酯和丙烯酸甲酯共改性后，KGM原有的分子结构由于聚乙酸乙烯酯链和聚丙烯酸链的等具有热塑性的柔性链加入而被破坏，分子间氢键作用减弱，分子结构无序化，结晶结构消失，经接枝共聚改性后的KGM被塑化。 （4）当温度为120℃时，热塑改性KGM熔融共混体系的最大扭矩为39N·m，平衡扭矩为15N·m。随着温度的升高，KGM热塑材料的最大扭矩值和平衡扭矩值均逐渐下降。当温度从140℃上升到150℃时，KGM热塑材料的最大扭矩值从38N·m降到30．5N·m，可以显著的调节生产过程中的能耗；而平衡扭矩仅从11N·m降到10 N·m，变化较小，具有较好的流变特性和相容性。 （5）热塑改性KGM经国家合成树脂质量监督检验中心测定：密度1．04g/cm3、拉伸强度5．9MPa、断裂伸长率82％、弯曲强度21．7MPa、弯曲模量57MPa、成型收缩率1．49％、维卡软化点47．1℃、燃烧性FH—3—31．6。其加工性能良好，在挤塑、吹塑、注塑、发泡过程中具有优良的热塑性能、力学性能、抗溶胀性能、完全降解且环境友好，在自然环境（光、热、微生物等）条件下能够完全降解，其降解诱导期能够控制，是一种具有很大发展潜力的新型热塑共混、共聚材料，在绿色食品开发、农业、医疗保健、化工、包装及环保等领域都具有良好的应用和开发前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 概述

1.2 魔芋葡甘聚糖的结构及其性质

1.2.1魔芋葡甘聚糖的结构

1.2.2魔芋葡甘聚糖的性质

1.3 魔芋葡甘聚糖疏水改性研究进展

1.3.1物理共混

1.3.2化学改性

1.4 魔芋葡甘聚糖的应用研究进展

1.4.1在食品中的应用

1.4.2在医学中的应用

1.4.3在环保中的应用

1.4.4在生化领域中的应用

1.4.5在化工中的应用

1.5 魔芋葡甘聚糖热塑改性拟解决的关键技术问题

1.6 课题来源及主要研究内容

1.6.1课题来源

1.6.2课题主要研究内容

1.7 本研究的创新点与意义

1.7.1创新点

1.7.2意义

2魔芋葡甘聚糖热塑改性基础研究

2.1 材料与方法

2.1.1试验材料

2.1.2魔芋葡甘聚糖的纯化

2.1.3热塑改性魔芋葡甘聚糖的制备

2.1.4接枝率和接枝效率的测试

2.1.5引发剂的选择

2.1.6试验设计

2.1.7试验装置示意图

2.2 结果与分析

2.2.1乙酸乙烯酯-魔芋葡甘聚糖热塑改性

2.2.2丙烯酸甲酯-魔芋葡甘聚糖热塑改性

2.2.3乙酸乙烯酯和丙烯酸甲酯-魔芋葡甘聚糖的热塑改性

2.3 魔芋葡甘聚糖接枝共聚热塑改性机理的初步探讨

2.3.1链的引发及接枝

2.3.2链的增长

2.3.3链转移

2.3.4链终止

2.3.5魔芋葡甘聚糖接枝共聚合总体特征

2.4 本章小结

3魔芋葡甘聚糖热塑改性的表征

3.1 材料与方法

3.1.1试验材料与表征仪器

3.1.2热塑改性魔芋葡甘聚糖的合成

3.1.3热塑改性魔芋葡甘聚糖的纯化

3.1.4热塑改性魔芋葡甘聚糖的表征方法

3.2 结果与分析

3.2.1热塑改性魔芋葡甘聚糖的红外光谱分析

3.2.2热塑改性魔芋葡甘聚糖的电镜扫描分析

3.2.3热塑改性魔芋葡甘聚糖的晶态分析

3.2.4热塑改性魔芋葡甘聚糖的热重分析

3.2.5热塑改性魔芋葡甘聚糖的玻璃化温度分析

3.3 本章小结

4魔芋葡甘聚糖热塑改性材料应用基础研究

4.1 材料与方法

4.1.1试验材料

4.1.2试验方法

4.2 结果与分析

4.2.1魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的流变特性

4.2.2魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的力学性能

4.2.3魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的吸水性

4.2.4魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的红外光谱

4.2.5魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的电镜扫描

4.2.6魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的热重分析

4.2.7魔芋葡甘聚糖热塑改性材料的玻璃化温度

4.3 本章小结

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果