淀粉基生物質(zhì)材料的制備、特性及結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、隨著石油短缺帶來的能源危機(jī)和廢棄塑料引起的“白色污染”日趨嚴(yán)重，對(duì)天然生物質(zhì)材料的研究愈來愈引起各國政府和科學(xué)家們的重視與關(guān)注。淀粉這類來源廣泛的天然高分子多糖，則是生物質(zhì)材料較理想的選擇之一。然而由于淀粉自身的多羥基結(jié)構(gòu)和結(jié)晶規(guī)整排列，以及由此帶來的許多特性，限制了直接將淀粉用于加工或代替塑料薄膜和其它用途的制品，特別是農(nóng)用地膜，難度更大。為此，本文以淀粉為原料，選用不同的增強(qiáng)劑制備全生物降解包裝膜、農(nóng)用地膜和寵物玩具。根據(jù)加工材料的

2、需要，選擇不同粒度大小的淀粉，并對(duì)其進(jìn)行特殊的物理和化學(xué)修飾，使淀粉分子鏈形態(tài)適應(yīng)其加工性能。主要研究結(jié)果如下： 1.納米二氧化硅改性淀粉基生物降解包裝膜的機(jī)理 通過IR、XPS、XRD及DSC分析技術(shù)對(duì)納米二氧化硅改性淀粉基生物降解包裝膜的微觀結(jié)構(gòu)、原子組成變化、聚集態(tài)行為及熱特性進(jìn)行表征和分析，探討了納米二氧化硅改性淀粉基生物降解包裝膜的機(jī)理：納米二氧化硅不僅同ST和PVA分子間形成氫鍵，同時(shí)還通過化學(xué)鍵作用形成新的

3、C-O-Si鍵，從而使納米二氧化硅與ST-PVA分子間形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步揭示了納米二氧化硅提高ST-PVA膜性能的本質(zhì)原因。 2.納米二氧化硅改性淀粉基生物降解包裝膜的制備技術(shù) 系統(tǒng)的研究了納米二氧化硅的分散方法以及淀粉的增塑和交聯(lián)技術(shù)。研究結(jié)果表明超聲波分散方法是分散納米二氧化硅較理想的分散方法，選用脈沖式(開啟3s，停止2s)及超聲波振幅為50％的條件下，超聲波處理納米二氧化硅12min，可使納米二氧化硅均勻

4、的分散在ST-PVA膜中；納米二氧化硅的最佳添加量為1.5％，可以顯著提高ST-PVA膜的耐水性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率以及在環(huán)境中的適應(yīng)性能；通過正交實(shí)驗(yàn)及模糊數(shù)學(xué)中的綜合評(píng)價(jià)法，確定了三種復(fù)合增塑劑水、乙二醇和丙三醇的最佳用量分別為水4％、乙二醇3％和丙三醇9％；乙二醛是淀粉的有效交聯(lián)劑，乙二醛交聯(lián)反應(yīng)的優(yōu)化條件為乙二醛2.5％、pH為9、反應(yīng)溫度為80℃及交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為30min：淀粉基生物降解包裝膜的力學(xué)性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4

5、456-1996(包裝用聚乙烯吹塑薄膜國家標(biāo)準(zhǔn))，并具有很好的環(huán)境適應(yīng)性能和生物降解性能。 3.微細(xì)化淀粉的特性及其在生物降解地膜中的應(yīng)用 利用超聲波氣流粉碎機(jī)制備微細(xì)化淀粉，并進(jìn)一步對(duì)微細(xì)化淀粉進(jìn)行疏水化改性，以提高與PCL生物降解高分子材料的相容性。研究結(jié)果表明淀粉經(jīng)微細(xì)化處理后，粒徑明顯下降，表面變得不規(guī)則，并且隨微細(xì)化程度的提高，淀粉分子內(nèi)的氫鍵斷裂程度提高，淀粉分子表面活性提高以及結(jié)晶度下降，經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，

6、過細(xì)的淀粉易發(fā)生聚集現(xiàn)象。結(jié)合成本考慮，選擇300目的微細(xì)化淀粉較適宜；采用雙重增塑改性，確定了PCL增塑改性的條件為增塑劑PEG(Mn=6000)用量為6％，淀粉增塑改性的增塑劑的最佳用量為三乙醇胺4％、聚乙二醇(Mn=400)3％及丙三醇2％；經(jīng)在甜玉米作物進(jìn)行田間實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，淀粉基生物降解地膜具有保溫、保水及增加農(nóng)作物產(chǎn)量的作用，且具有較好的生物降解性能，可以替代非降解性的PE地膜。 4.淀粉的雙酯化改性及其在寵物玩具中

7、的應(yīng)用 較系統(tǒng)的對(duì)磷酸化醋酸化雙酯化淀粉的微觀結(jié)構(gòu)、熱特性及晶體結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了研究，并通過進(jìn)一步的增強(qiáng)、增塑及交聯(lián)制備可食性寵物玩具。研究結(jié)果表明淀粉經(jīng)雙酯化后，其透光率提高、凍融穩(wěn)定性和膨脹度增加，雙酯化后的淀粉較原淀粉結(jié)晶度下降，而保水性和熱穩(wěn)定性提高；當(dāng)復(fù)合增塑劑水和丙三醇用量各為12％、交聯(lián)劑多聚磷酸鈉用量為2％、增強(qiáng)劑明膠用量為20％時(shí)，制備的寵物玩具硬度為14042.55g和彈性為0.936。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

8、 1.利用納米二氧化硅高表面活性的特點(diǎn)，采用超聲波分散后用來改性淀粉，從而提高了淀粉基包裝膜的性能；發(fā)現(xiàn)納米二氧化硅與ST-PVA間存在氫鍵及化學(xué)鍵合，探索了納米二氧化硅提高ST-PVA包裝膜的機(jī)理。 2.根據(jù)熱力學(xué)原理，利用機(jī)械力作用，降低淀粉顆粒的結(jié)晶度和簇聚行為，使淀粉無序化程度和反應(yīng)活性增加，通過具有高反應(yīng)活性的雙氨基硅烷對(duì)微細(xì)化淀粉進(jìn)行疏水化改性，同時(shí)對(duì)微細(xì)化淀粉和增強(qiáng)劑PCL進(jìn)行雙重增塑，利用吹膜法成功的制備了