熱塑性淀粉塑料加工、結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、利用轉(zhuǎn)矩流變儀、單螺桿擠出機(jī)和增塑劑將天然淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴苄缘矸?TPS)。借助于掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，示差掃描量熱分析儀(DSC)分析天然淀粉、TPS及其共混物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和影響因素，研究天然淀粉的塑化機(jī)理。通過轉(zhuǎn)矩流變實驗，力學(xué)性能和吸水性能測試，研究形成TPS的必要條件，塑化因素如塑化歷程、增塑劑含量、種類，淀粉結(jié)構(gòu)和聚乙烯醇(PVA)等對TPS塑料塑化特性、力學(xué)性能和吸水性的影響，證明Peleg模型適用于本試驗TPS體系。

2、利用土埋試驗和按國家標(biāo)準(zhǔn)自建的生物降解裝置，表征TPS塑料降解過程，定量測定TPS塑料降解產(chǎn)物二氧化碳，研究TPS及其與聚乳酸(PLA)共混物的生物降解性。本論文實驗結(jié)果如下： 1.通過加熱、剪切與增塑劑協(xié)同作用，使天然淀粉的微粒結(jié)構(gòu)逐漸消失，最終轉(zhuǎn)變成類似于單組分熱塑性塑料的均質(zhì)結(jié)構(gòu)。提高塑煉溫度、延長塑煉時間和增強(qiáng)剪切作用能增強(qiáng)和加速甘油的增塑作用，促進(jìn)淀粉塑化成為均質(zhì)材料。 2．增塑劑對淀粉熱塑性化作用取決于增塑劑

3、分子結(jié)構(gòu)，甲酰胺增塑作用依次大于乙二醇和甘油，其增塑體系的最大轉(zhuǎn)矩、平衡轉(zhuǎn)矩及到達(dá)平衡轉(zhuǎn)矩的時間均小于乙二醇和甘油增塑體系。隨著增塑劑用量增加，促進(jìn)淀粉熱塑性化的作用愈顯著，甲酰胺和乙二醇增塑TPS的拉伸強(qiáng)度降低，斷裂伸長率增加，呈現(xiàn)一定的韌性斷裂，而甘油增塑TPS則呈現(xiàn)脆性斷裂。甘油增塑淀粉的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于甲酰胺，乙二醇增塑時材料的拉伸強(qiáng)度，而斷裂伸長率的則相反。 3．由于直鏈淀粉含量直接影響淀粉的顆粒形態(tài)和結(jié)晶度，因此直鏈淀

4、粉含量會影響增塑劑對淀粉的熱塑性化作用，最終決定TPs微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和吸水性能。直鏈淀粉含量愈少，甘油增塑淀粉愈易熱塑性化；當(dāng)直鏈淀粉含量約為25％時，TPs的綜合性能最佳。 4．用凝膠化PVA與TPS共混有利于改善TPS韌性，同時也會增大TPS的塑化轉(zhuǎn)矩。TPS／PLA共混物力學(xué)性能與淀粉中直鏈淀粉含量有關(guān)，總的來說，因二者相容性差，共混物力學(xué)性能劣化。纖維的加入，因分散性不好，降低了材料的拉伸強(qiáng)度。但是長纖維有益于保持材

5、料的力學(xué)性能。 5．甲酰胺和乙二醇增塑TPS與甘油增塑TPS有不同的吸水過程和平衡吸水率，表現(xiàn)出先吸水后脫水的現(xiàn)象，而甘油增塑TPS及其共混體系的吸水過程始終是吸水。加入PLA將降低TPS平衡吸水率和吸水速度。 6．用Pcleg模型描述聚合物／熱塑性淀粉混合物及甘油增塑TPs體系的吸水性過程是準(zhǔn)確、有效的；Peleg模型可以有效的預(yù)測材料的平衡吸水率，縮短測試時間，提高實驗效率。 7．熱塑性淀粉具有優(yōu)異的生物降解

6、性，降解速度與天然淀粉相似。實驗中，PLA的加入不會影響TPS共混物的生物降解性，而且在實驗的初始階段有加速共混物生物降解速度的作用。培養(yǎng)液的濃度會影響實驗進(jìn)行的快慢。 8．天然淀粉在混煉溫度、應(yīng)力和增塑劑作用下完成熱塑性化過程為：首先，增塑劑進(jìn)入淀粉原始粒子堆積空隙，浸潤淀粉原始粒子表面。然后增塑劑向淀粉顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，插入到淀粉非晶區(qū)，分子鏈段活動性提高，增大分子鏈間的自由體積，淀粉顆粒發(fā)生膨脹。隨著溫度進(jìn)一步升高，淀粉晶區(qū)熔