纳米SiO改性淀粉基全生物降解薄膜的研究

摘要

该课题综述了降解塑料的国内外研究现状和发展趋势,并针对目前降解塑料中存在的问题,提出了研究开发具有良好力学性能和防水性能的淀粉基全生物降解薄膜的新思路:以玉米淀粉(ST)为主要原料,采用分步改性再共混等新方法,通过流延工艺制备全生物降解薄膜.该研究的创新之处在于:对纳米SiO<,2>进行水相分散处理,并用以改性淀粉薄膜.该研究的主要内容及结论如下:1.聚乙烯醇(PVA)为淀粉薄膜的最佳增强剂,PVA与ST的最佳配比为2:3.且确定了最佳的固液比为1:9.2.ST和PVA的最佳交联剂为戊二醛.正交试验确定了其最佳交联反应条件为:戊二醛的用量为ST和PVA干重的3.5﹪、介质PH10、反应温度为85℃及反应时间为30min.3.加入交联剂戊二醛重量的35﹪的三聚氰胺及ST和PVA干重的1.5﹪的硼砂也可以改善淀粉薄膜的力学性能和防水性能.4.大分子与小分子的增塑有区别.小分子增塑剂对膜的力学性能影响显著,可以大大降低膜的拉伸强度及提高膜的断裂伸长率.而大分子增塑剂对膜的力学性能影响较小.5.确定了淀粉薄膜的最佳消泡剂、脱模剂、稳定剂及其用量(占ST和PVA干重)分别为:司班15为1.0﹪、液体石蜡为1.5﹪及氯化铵1.5﹪.6.研究了淀粉薄膜的最佳工艺条件:反应液搅拌速度为110r/min、膜干燥温度为110℃及干燥时间为30min.7.纳米SiO<,2>极易团聚,分散是关键:2﹪纳米SiO<,2>(占ST和PVA干重)分散液中加入1.5﹪聚丙烯酰胺(PA)(指占纳米SiO<,2>干重)分散剂,并将PH值调到10后用机械力研磨分散1h;然后置入ST-PVA乳液中,常温下高速搅拌分散15min.少量纳米SiO<,2>的加入使淀粉薄膜的力学性能、透光性、防水性和湿度适应性都得到了大幅度的提高.膜的拉伸强度可达34.82Mpa,断裂伸长率为331﹪,达到国际GB4456-84所规定的标准.8.通过红外光谱、X-射线衍射和扫描电镜微观结构分析表明:交联剂戊二醛在ST和PVA分子间形成了化学交联键,而纳米SiO<,2>则进一步与ST和PVA中的游离羟基发生氧键合作用,并形成特定的致密均一的网状结构.9.膜的土埋降解、微生物降解及田艺特性试验表明:淀粉薄膜具有良好的生物降解性能,且具有普通PE膜相同的保温保水性能.其生物降解率随PVA、交联剂及纳米SiO<,2>用量的增加而降低,且完全降解所需时间从40d到140d不等,因而可通过控制该三者的用量来实现降解时间人为控制的目的.以上的基础研究为用纳米粉体改性高分子材料,为用流延法制造淀粉基全生物降解薄膜,为消除

目录

1.前言

1.1降解塑料概况

1.1.1光降解塑料

1.1.2光/生物双降解塑料

1.1.3生物降解塑料

1.2纳米复合材料

2.材料与方法

2.1实验材料

2.2主要仪器

2.3主要试剂

2.4实验方法

2.4.1流延膜的制备

2.4.2膜拉伸强度和断裂伸长率的测定

2.4.3膜透光率的测定

2.4.4膜吸水率的测定

2.4.5膜湿度适应性的测定

2.4.6初显分离时间的测定

2.4.7结构表征

2.4.8膜的土埋生物降解实验

2.4.9膜的微生物生长实验

2.4.10膜的田艺特性实验

2.4.11数据分析

3.结果与分析

3.1淀粉薄膜的改性

3.1.1增强剂的确定

3.1.2固液比的选择

3.1.3交联反应的确定

3.1.4三聚氰胺的影响

3.1.5硼砂的影响

3.1.6增塑剂的影响及其协同增塑效果

3.1.7消泡剂的确定

3.1.8脱模剂的确定

3.1.9稳定剂的影响

3.2淀粉薄膜最佳工艺条件的确定

3.2.1搅拌速度的确定

3.2.2干燥温度的确定

3.2.3干燥时间的确定

3.3纳米SiO2对淀粉薄膜的作用效果

3.3.1纳米SiO2的分散方法及其用量的确定

3.3.2纳米SiO2加入顺序的确定

3.3.3纳米SiO2微乳液pH值的确定

3.3.4分散剂种类的选择

3.3.5分散剂用量的确定

3.3.6纳米SiO2改性淀粉薄膜的性能

3.4结构表征

3.4.1红外光谱表征

3.4.2 X-衍射表征

3.4.3扫描电镜(SEM)表征

3.5淀粉薄膜的生物降解性能和田艺特性

3.5.1淀粉薄膜的生物降解性能

3.5.2淀粉薄膜的田艺特性

4.讨论

参考文献

致谢