双改性热塑性玉米淀粉的制备及其成膜性能的研究

摘要

由于传统塑料带来的危害越来越被人们所关注，研究环境友好型材料已经成为亟待解决的问题。为研究开发可生物降解的淀粉塑料，本研究以玉米淀粉为原料通过机械力与改性剂的双重改性，制备成双改性热塑性淀粉。双改性热塑性淀粉与一定质量的聚乙烯醇混合，制备成可生物降解淀粉塑料。机械力使玉米淀粉的颗粒变小，增强了改性剂与淀粉颗粒的接触作用，降低了反应所需的温度等条件。同时加入丙三醇、柠檬酸为改性剂，破坏了玉米淀粉中由于氢键引起的刚性结构。双重改性增强了玉米淀粉的热塑性，提高其与聚乙烯醇的相容性。主要研究内容及结果如下：　　(1)原玉米淀粉经过柠檬酸与甘油改性，在反应时间为60min，反应温度为120℃，含水20％淀粉：柠檬酸质量：甘油质量=1:0.4:0.3的条件下，合成了取代度为最高为0.165的单改性热塑性玉米淀粉。而原玉米淀粉通过超微粉碎后再经过柠檬酸和甘油改性，在同样的条件下合成了取代度最高为0.259的双改性热塑性玉米淀粉。在对取代度的影响上，柠檬酸作用>甘油作用>反应温度>反应时间。用粘度计，分光光度计，傅立叶红外(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)对双改性淀粉的结构、形貌进行分析研究，结果表明双改性玉米淀粉比单改性玉米淀粉中引入了较多的柠檬酸酐基团，结晶度、粘度比单改性玉米淀粉的低，而热稳定性、透光度比单改性玉米淀粉的高。　　(2)采用流延法制备原淀粉/聚乙烯醇复合膜、单改性热塑性玉米淀粉/聚乙烯醇复合膜、双改性热塑性玉米淀粉/聚乙烯醇复合膜，各复合膜中聚乙烯醇的含量均为淀粉质量的25％。通过差示扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜、力学性能、吸水性、降解性能对复合膜的结构及性质进行研究，结果显示双改性淀粉的复合膜比原淀粉及单改性淀粉复合膜具有较强的力学性能及热稳定性，而吸水性、结晶度比后两种低，双改性淀粉的成膜性比原淀粉及单改性淀粉的要好，而对双改性淀粉复合膜，在一定取代度范围内，取代度越高复合膜材料的膜性能越好。取代度为0.259的双改性淀粉制备的复合材料除降解速率较慢，其他各项指标均为较好状态。埋于室外土壤层下微生物降解30d后，取代度为0.259的双改性玉米淀粉/聚乙烯醇复合膜的降解率为43％左右。

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第一章 绪论

1.1 淀粉

1.1.1 天然淀粉的结构和性质

1.1.2 热塑性淀粉

1.1.3 DSC、SEM、X-ray、NMR等在热塑性淀粉方面的应用

1.2 塑料

1.2.1 塑料的概述

1.2.2 塑料的分类

1.3 新型塑料

1.4 可降解塑料

1.4.1 可降解塑料的含义

1.4.2 降解塑料的分类

1.4.3 可降解塑料的用途

1.4.4 聚乙烯醇

1.4.5 热塑性淀粉与其他可生物降解物质的复合体系

1.4.6 生物降解材料降解性能常见的评价方法

1.5 课题研究背景

1.6 所选课题的目的、意义及主要研究内容

1.6.1 所选课题的目的、意义

1.6.2 课题的主要研究内容

第二章 机械力与柠檬酸双改性热塑性玉米淀粉的制备及其性能研究

2.1 材料与设备

2.1.1 材料与试剂

2.1.2 仪器与设备

2.2 实验方法

2.2.1 原玉米淀粉的超微粉碎处理

2.2.2 热塑性淀粉的制备

2.2.3 热塑性淀粉制备工艺优化

2.2.4 热塑性淀粉性状及结构表征

2.3 结果与分析

2.3.1 热塑性淀粉生产工艺的优化

2.3.2 红外光谱图分析

2.3.3 产物的透光率的测定

2.3.4 产物的粘度测定

2.3.5 产物的X-衍射分析

2.3.6 产物的DSC实验

2.4 本章讨论

2.5 本章小结

第三章 改性淀粉/聚乙烯醇复合材料膜的制备与性能研究

3.1 材料与设备

3.1.1 材料与试剂

3.1.2 仪器与设备

3.2 实验方法

3.2.1 单改性、双改性热塑性玉米淀粉的制备

3.2.2 复合材料膜的制备

3.2.3 复合材料膜的性状和结构表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 淀粉/PVA复合材料膜的力学性能

3.3.2 淀粉/PVA复合膜的吸水性能

3.3.3 复合材料膜的X-衍射分析

3.3.4 复合材料膜的热性稳定性能

3.3.5 复合材料膜的生物降解性

3.3.6 复合材料膜的SEM分析

3.4 本章讨论

3.5 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及申请的专利