（应用化学专业论文）酯化淀粉膜的塑化及其复合膜的性能研究.pdf

酯化淀粉膜的塑化及其复合膜的性能研究 摘要 薄膜、地膜和包装材料在塑料垃圾中占有相当大的比例，用具 有良好降解性能的薄膜材料替代它们既可以减轻污染又可以缓勰石 油资源短缺。为了解决僦界性的塑料严重污染及开拓非石油藻塑料 源斟的来源，2 0 世纪7 0 年代降解塑料闯世辫发展迅速，目前融成为 矮有特殊功能的新材料，且得副广泛应用，由于其降解功能为当今 世界性环境保护所急需要加上蔡些特殊功能已应用于生命科学和医 疗领域。因此，进入2 l 世纪后，世界各国均投入大量入力、财力避 行研究开发，尤其是淀粉基p v a 薄膜成为研究开发的热点。 目前适予使用降解黧料的包装、农用制品及次健塑料糟晶约 占塑料总产量3 0 ，全世界降解塑料市场估计为4 0 0 07 j - 吨，我国则 为3 0 0 万吨，因而都希麓尽俊找到完全降解塑科的生产方法。蠢翦 以淀粉基聚忍烯醇类可毙全生物降解塑料的制各方法已经有众多报 道，毽其中所制备淀粉基，聚乙烯醇类降解邋籽仍然存在鎏纯性能不 佳，质软，甥变形，耐水性差以及淀粉与聚乙烯醇类聚合物的相容 共混嶝闷题。 为了解决此类问题，先将淀粉通过酯化改性提高其抗水性的基 稽上，在淀粉醋酸鼯p v a 膜蕊稠各审翔入塑纯翔鞫交联荆，避一步 提高复合膜的机械性能和抗水性。主要研究工作如下： f 1 ) 跌浓硫酸俸摧纯潮，玉米淀耪或者玉米淀粉力裁辩，浓醋酸 和醋酸酐为改性剂，合成了不同取代度的玉米淀粉醋酸酯或者玉米 淀羧醋酸蘸，取代发范溺：d s = o 2 9 8 。羯傅立时红外( f t i r ) 、 扫描电镜( s e m ) 、差示扫描量热( d s c ) 、x 射线衍射( x r d ) 对淀 粉醋酸醒的结构、形貌、玻璃化转变瀣度誓。嚣缝鑫度等进行测试和 表征，分析了不同取代腹淀粉醋酸酯的热翅性及其微观结构。结果 表臻，浓凌羧可敬伐替擎磺酸 乍催化割；玉米淀粉或老玉米经酯化 后，酯化淀粉的球晶尺寸变小，球晶数目增多，并且随着取代度的 增如淀粉的聚集态差别越大，结晶度降低，随着取代痰的增加醒化 淀粉的玻璃化转变温度降低，因此，高取代度酯化改性提高了淀粉 的热塑性。 ( 2 ) 制备了经不同塑化剂乙二醇、甘油、山梨醇塑化的玉米淀粉 膜。用扫描电镜( s e m ) 、差示量热法( d s c ) 、x 射线衍射( x r d ) 、 物性测试等对淀粉膜的结构、形貌、玻璃化转变温度、结晶度、力 学性能等进行测试和表征，研究了不同塑化剂的增塑效果，分析 了不同塑化剂和不同塑化剂加入量对淀粉膜的微观结构和性能的影 响。结果表明，淀粉和甘油的含量并没有明显影响玉米淀粉膜的x r d 的晶型，加入甘油不会改变衍射峰的位置。未塑化膜的t 。高于甘油 塑化膜的t 。三种塑化剂塑化效率为：乙二醇 甘油 山梨醇。随 着甘油含量的增加，塑化淀粉膜的断裂伸长率呈现增大趋势，而拉 伸强度则呈下降趋势。塑化剂甘油的加入增加了淀粉膜的亲水性，加 入量相同时，山梨醇塑化膜耐水性最差，乙二醇塑化膜耐水性最好。 ( 3 ) 自制低酯化度玉米淀粉醋酸酯( s a ) ( d s s o r b i t 0 1 a l o n gw i t h t h e g l y c e r i n ec o n t e n ti n c r e a s e ，t h ep l a s t i f i e d s t a r c hm e m b r a n eb r e a k e l o n g a t i o n r a t i o p r e s e n t i n c r e a s e st h e t e n d e n c y ，b u tl o n g i t u d i n a l s t r e n g t ht h e na s s u m et h ed r o pt e n d e n c y t h ee l a s t i c i z e rg l y c e r i n e j o i n e di n c r e a s e dt h es t a r c hm e m b r a n ew a t e ra f f i n i t y w h e nj o i n st h e q u a n t i t ys a m e ，s o r b i t o lp l a s t i c i z i n g m e m b r a n ew a t e rr e s i s t a n c e w o r s t ，t h eg l y c o lp l a s t i c i z i n gm e m b r a n ew a t e rr e s i s t a n c ei sb e s t ( 3 ) l o we s t e r i f i e dd e g r e ec o r ns t a r c ha c e t a t e s ( d s 甘油 山梨醇。随着甘油含量的增加，酯化淀粉膜的断裂伸长率呈现增大 趋势，而拉伸强度则呈下降趋势。 ( 3 ) 加入量相同时，山梨醇塑化膜耐水性最差，乙二醇塑化膜耐水性最 好。 酯化淀粉膜的塑化及复合膜的性能研究 4 交联剂对玉米淀粉醋酸酯p v a 复合膜的性能影响 在淀粉降解材料中，淀粉聚乙烯醇( p v a ) 的复合物具有完全的生物降解 性1 95 1 ，因此，淀粉基p v a 薄膜成为研究开发的热点 9 6 , 9 7 1 。但是这种复合材料 在实际应用中的主要问题是质软，易变形，抗水性差 9 8 1 。在淀粉通过酯化改性， 制得低取代度淀粉醋酸酯 9 9 1 ，提高其抗水性的基础上，进一步在淀粉醋酸酯 p v a 膜的制备中加入交联剂，以达到提高复合膜的机械强度和抗水性的目的。 交联剂的加入可以提高符合膜的交联程度，乙二醛与羟基反应形成了大量 的交联链，提高了大分子链的强度，增强了分子之间的作用力，使得酯化淀粉和 p v a 两相之间作用力逐渐增加。 制备了不同交联剂的种类、交联剂的用量、交联反应温度、交联反应时间 的复合塑料薄膜，用扫描电镜( s e m ) 、x 射线衍射( x r d ) 、热重分析法( t g ) 对符合膜的机械性能测试和耐水性测试等对淀粉膜的结构、形貌、结晶度、热 稳定性、力学性能、耐水性等进行测试和表征，研究了交联剂的种类、交联剂 的用量、交联反应温度、教练反应时间对符合膜机械性能和耐水性的影响，重 点分析了未经过交联的符合膜和经过乙二醛交联后的符合膜微观结构和性能 不同。 4 1 实验部分 4 1 1 药品 玉米淀粉醋酸酯( 自制，d s 戊二醛 环氧氯丙烷 甲醛。与 不加任何交联剂相比，经乙二醛交联后的复合膜机械性能和耐水性有了明显的 增强，表明这种交联是有效的，经过乙二醛交联后的复合膜，形成网状结构， 致密性提高，结晶度降低，热稳定性有所增强机械性能改善，耐水性增强。交 联剂的用量对复合膜的性能影响显著，随着交联剂用量的增大，膜的机械性能 和耐水性增强。当交联反应时间和反应温度达到一定的数值，对膜性能影响甚 微。 酯化淀粉膜的塑化及复合膜的性能研究 6 2 论文中主要创新之处 ( 1 ) 将玉米淀粉进行酯化改性，制备出不同取代度醋酸酯玉米淀粉，确定合 适的工艺参数。运用傅立叶红外、扫描电镜、差示扫描量热和x 射线衍射等手 段对淀粉醋酸酯的结构、形貌、熔融温度和结晶度等进行了表征，分析了不同 取代度淀粉醋酸酯的热性能及其微观结构。 ( 2 ) 制备了经不同塑化剂塑化的玉米淀粉膜。用扫描电镜( s e m ) 、差示量 热法( d s c ) 、x 射线衍射( x r d ) 、物性测试等对淀粉膜的结构、形貌、玻璃 化转变温度、结晶度、力学性能等进行测试和表征，研究了不同塑化剂的增塑 效果，分析了不同塑化剂和不同塑化剂加入量对淀粉膜的微观结构和性能的影 响。 ( 3 ) 在淀粉通过酯化改性提高其抗水性的基础上，进一步在淀粉醋酸酯 p v a 膜的制备中加入交联剂，以达到提高复合膜的机械强度和抗水性的目的。 制备了不同交联剂的种类、交联剂的用量、交联反应温度、交联反应时间的复 合塑料薄膜，用扫描电镜( s e m ) 、x 射线衍射( x r d ) 、热重分析法( t g ) 对 符合膜的机械性能测试和耐水性测试等对淀粉膜的结构、形貌、结晶度、热稳 定性、力学性能、耐水性等进行测试和表征，研究了交联剂的种类、交联剂的 用量、交联反应温度、教练反应时间对符合膜机械性能和耐水性的影响，重点 分析了未经过交联的符合膜和经过乙二醛交联后的符合膜微观结构和性能不 同。 ( 4 ) 制备了不同增强剂用量、塑化剂用量、交联剂用量、不同酯化度的复 合塑料薄膜，用扫描电镜( s e m ) 、差示量热法( d s c ) 、x 射线衍射( x r d ) 、 机械性能测试和耐水性测试等对淀粉膜的结构、形貌、玻璃化转变温度、结晶 度、力学性能、耐水性等进行测试和表征，研究了增强剂的用量、塑化剂的用 量、交联剂的用量、酯化度对符合膜机械性能和耐水性的影响，重点分析了不 同酯化度对淀粉膜的微观结构和性能的影响。 6 3 对今后工作的建议 ( 1 ) 在制备淀粉醋酸酯p v a 复合膜时，较低的酯化度淀粉醋酸酯和聚乙烯 醇有较好的相容性较好，但当酯化度增加时，酯溶性增加，高取代度淀粉醋酸 酯和聚乙烯醇的相容性较差，此时制备的复合膜表面存在有气孔或者裂缝的现 象，使得复合膜不平整光滑，影响对其性能的检测，建议在共混体系中加入可 以降解的聚乙二醇，可以改善高取代度淀粉醋酸酯p v a 复合膜的相容性。 ( 2 ) 由于时间的关系，本课题对复合膜的制备的影响因素做了研究，但是对 陕西科技大学硕士学位论文 其可降解性未做深入探讨，建议在现有研究的基础上可以对复合膜做可降解性 是研究。 ( 3 ) 建议在现有研究的基础上，对淀粉醋酸酯聚乳酸可降解复合膜进行制 各和性能研究。 5 0 酯化淀粉膜的塑化及复合膜的性能研究 参考文献 1 】中国塑料加工工业协会中国塑料工业年鉴2 0 0 3 年1 0 月第版化学工业出 版社，2 0 0 3 ：2 1 3 - 2 2 5 【2 】张贞浴，李丽萍念淀粉热塑性嬲料的现状及发展前爨黑龙滤大学照然科学 攀撮2 0 0 3 ，2 0 ：9 2 9 4 【3 】董金狮，马文实降解塑料市场及技术现状塑料1 9 9 52 4 ( 3 ) ：1 4 - 1 7 【4 】羹小苏，淀裂，裕，j 、荚完全奎物降翳塑辩发震瑰弑【珏聿季辩导撤，1 9 9 4 ， 4 ：4 9 5 3 【5 】蠹器藏扬，邸瑟华，王飞锋淀耪塑秘一簿鳃塑瓣 舜究与应蠲【m 】j 衮：讫擎 工业出版社，2 0 0 2 【6 】戈遴杰室兹海熬毒分予李| 餐及英应鲻【磁】，j 察：纯学工盈辫舨专主，2 0 0 2 7 】张钦，赵裕蓉可完全生物降解塑料 j 】化工新型材料，1 9 9 9 ，2 7 ( 6 ) ：3 - 8 【s 】绘织焕，霹分磐塑辩懿开发降群【日裹分子秘瓣，1 9 9 2 ，3 ) ：4 4 4 6 ，5 6 9 王哭民生态环境材料 m 天津：天津大学出版社，2 0 0 2 f l o 爨藏援。淀粉塑辩爱状及发震蓊景。褰分子逶缀，2 0 0 0 ，l ：7 7 。8 2 【1 1 唐赛珍降解塑料试验评价方法探讨塑料1 9 9 d ，2 5 ( 1 ) ：1 6 2 2 f 1 2 癸謇华，安鑫鸯，剃痤隆。可生物降鳃黪瑟| 瘩黢錾辩薄貘懿磷裁露象耱整大 学学报，2 0 0 2 ，2 6 ( 3 ) ：4 9 51 【1 3 】邱威扬，哈继文+ 全淀粉热塑馒塑瓣戆疆裂，鏊艇。1 9 9 8 ，4 ：1 0 6 1 0 8 【1 4 武守真可生物降解塑料的研究和应用粮食与饲料工业，19 9 6 1 0 ：3 7 3 9 【1 5 】章建法食品包装学【m 】北京：孛国农她出版社，2 0 0 2 【1 6 周维祥黧料测试技术【m 】北京：化学工业出版社，1 9 9 7 【1 7 】李宗军，瀑琼英，王燕。生物降解塑誊毒的降鳃性试验f j 】澳惠农波大学学 撤，1 9 9 7 ，2 3 ( 3 ) ：2 7 2 2 7 4 f l8 】予九皋，郑华武淀粉与多元酵共遐性能的研究天津大学学 缎，1 9 9 9 ，2 ：1 4 1 1 4 3 19 a j ip m a t h e w ，a l a i nd u f r e s n e p l a s t i c i z e dw a x ym a i z es t a r c h ：e f f e c to f p o l y o t sa n dr e l a t i v eh u m i d i t yo nm a t e r i a lp r o p e r t i e s b i o m a c r o m o l e c u l e s ， 2 0 0 2 。3 ：1 1 0 l 一1 1 0 8 【2 0 t h a k k o r el m ，d s s a is ，d s a r w a d sb ，d s v is e v a l u a t i o no fc o m p a t i b i l i t y o fp o l y v i n y lc h l o r i d s l s t a r c ha c e t a t eb l e n d su s i n g s i m p l et e c h n i q u e s 。 陕西科技大学硕士学位论文 j o u r n a lo f a p p l i e dp o l y m e rs c i e n c e ，1 9 9 9 ，7 1 ：18 5 1 18 6 1 2 1 任东塑料的生物降解性及其检测现代塑料加工应用1 9 9 46 ( 1 ) ：3 8 4 0 2 2 m o n c ，h a n a t s t u d y o f b i o d s g r a d a b l e p l a s t i c p l a s t i ct e c h n o l o g y 1 9 9 5 ，4 1 ( 7 ) ：1 5 1 7 【2 3 】v a n s o e s t ，j j gk n o r e nt h ei n f l u e n to fg l y c e r o la n dw a t e rc o n t e n to n t h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fe x t r u d s ds t a r c h p l a s t i c ja p p l p o l y m s c i ，1 9 9 7 ，6 4 ：1 4 1 1 1 4 2 2 【2 4 f r i n g a n tc ，s t a r c h b a s e d d s s b r i e r e sj ，r i n a u d o m p h y s i c a lp r o p e r t i e s m a t e r i a l s ：r e l a t i o nw i t ht h e i rm o l e c u l a ro fa c e t y l a t e dc h a r a e t e r i s t i c s p o l y m e r l 9 9 6 ，3 7 ( 1 ) ：2 6 6 3 2 6 7 3 2 5 】m i l a d i n o vvd ，h a n n am a ，p h y s i c a la n dm o l e