新型環(huán)保淀粉玩具的制備及特性研究.pdf

1、全球玩具業(yè)新規(guī)則、新標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)我國(guó)塑料玩具的出口創(chuàng)匯造成了很大的麻煩。為此，研究“綠色環(huán)保型玩具”已引起廣大科研工作者的普遍關(guān)注。淀粉是自然界豐富的可再生資源，它無(wú)毒無(wú)害，可完全生物降解，因此其開(kāi)發(fā)應(yīng)用是全生物降解材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。然而，較差的加工性能、力學(xué)性能以及耐水性能卻限制了其廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)研究證明：將玉米淀粉通過(guò)乙酰化、磷?；瘡?fù)合酯化處理，可以明顯改善淀粉的凍融穩(wěn)定性、抗剪切性、熱穩(wěn)定性以及與PVA的相容性。同時(shí)，對(duì)

2、改性淀粉進(jìn)行交聯(lián)、增塑、增強(qiáng)處理，可以顯著提高淀粉玩具的強(qiáng)度、韌性以及環(huán)境適應(yīng)性能。因而，為解決我國(guó)塑料玩具出口的“綠色壁壘”問(wèn)題以及塑料廢棄物造成的“白色污染”問(wèn)題提供了一條可靠的途徑。 本課題綜述了塑料玩具、降解塑料、酯化改性淀粉的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)目前我國(guó)塑料玩具行業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題，提出了研究開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型淀粉玩具。并針對(duì)淀粉基完全生物降解塑料中存在的問(wèn)題，提出了淀粉的復(fù)合酯化改性來(lái)改善淀粉的加工性能以及與P

3、VA相容性的新思路：以玉米淀粉為主要原料，采用先濕法后干法的工藝制備磷酸化醋酸酯淀粉，然后將改性淀粉與天然高分子油菜秸稈纖維、可降解高聚物PVA等共混，輔以增塑、交聯(lián)、增強(qiáng)反應(yīng)，通過(guò)模壓成型工藝制備完全生物降解淀粉玩具。 本研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下： 1．確定低取代度醋酸酯淀粉最佳制備條件為：反應(yīng)時(shí)間1.5h，反應(yīng)溫度28℃，pH值8.4，醋酸酐用量為15％（占原淀粉質(zhì)量百分比）。 2．采用五因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合

4、試驗(yàn)得出反應(yīng)時(shí)間、尿素用量、pH值、三聚磷酸鈉用量、酯化反應(yīng)溫度對(duì)DS<,2>影響關(guān)系的五元二次回歸方程為：Y=-0.8759+0.262Z<,1>-0.0497Z<,2>+0.1643Z<,3>-0.0091Z<,4>+0.00521Z<,5>-0.01248Z<,1>Z<,4>-0.00134Z<,1>Z<,5>+0.00237Z<,2>Z<,4>+0.000248Z<,2>Z<,5>-0.00167Z<,3>Z<,4>-0.000

5、67Z<,3>Z<,5>-0.0052Z<,3><'2>+0.002578Z<,4><'2>。 3．將醋酸酯淀粉進(jìn)一步磷酸化處理，可以起到協(xié)同增效的作用，產(chǎn)品糊屬于非牛頓假塑性流體。 4．確定PBST<,3>（DS<,2>=0.0617）為最佳改性淀粉，室溫條件下淀粉糊的流變學(xué)模型為τ=1.0315γ<'0.498>（γ為剪切速率，τ為切應(yīng)力），相關(guān)系數(shù)R<'2>＞0.99，方程極顯著。 5．確定PVA最佳用量為

6、改性淀粉總量的40％。 6．采用高相對(duì)分子質(zhì)量的增塑劑與低相對(duì)分子質(zhì)量的增塑劑混合增塑PBSI和PVA，有利于提高片材的力學(xué)性能。正交試驗(yàn)確定了水、丙三醇和聚乙二醇的最佳組合為：20％、25％和5％（占淀粉質(zhì)量的百分比）。 7．確定六次甲基四胺為PBST3和PVA的最佳交聯(lián)劑。六次甲基四胺的最佳用量為淀粉質(zhì)量的3％。 8．確定淀粉玩具的最佳脫模劑為單硬脂酸甘油酯。最佳用量為淀粉質(zhì)量的1.2％。 9．確定填

7、充劑的最佳組合為：滑石粉13％，油菜秸稈粉9％，輕質(zhì)CAC033％（占淀粉質(zhì)量的百分比）。 10．采用三因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得出模壓溫度、壓力、模壓時(shí)間對(duì)淀粉玩具質(zhì)構(gòu)特性影響的三元二次回歸方程,確定了模壓成型最佳工藝條件為：模壓溫度131.5℃，壓力35.185Mpa，模壓時(shí)間10.7min。在該最佳工藝條件下，最佳產(chǎn)品的力學(xué)性能和衛(wèi)生指標(biāo)分別為：拉伸強(qiáng)度25.87Mpa，硬度14115.18g，彈性0.926，回復(fù)性0.9

8、31，內(nèi)聚性0.688，砷的含量0.06mg/kg，鉛的含量0.09mg/kg。 11．淀粉玩具在室溫空氣中，封裝前最佳老化時(shí)間為24h；放置10天后最大失水率為16.08％，彈性下降了9.1％；空氣中最適相對(duì)濕度為73.6％。 12．通過(guò)紅外光譜結(jié)構(gòu)分析表明：在改性淀粉的脫水葡萄糖單元羥基上引入了乙?；土柞；鶊F(tuán)，并未破壞原淀粉的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)；交聯(lián)劑在PBST和PVA分子鏈段之間形成了“C-O-C”化學(xué)交聯(lián)鍵，并形成特

9、定的致密均一的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；X-射線衍射分析表明：復(fù)合酯化和塑化改性均可以破壞淀粉的晶區(qū)；交聯(lián)反應(yīng)具有很強(qiáng)的晶區(qū)破壞作用。 13．淀粉玩具具有良好的生物降解性能。80d土埋失重率可達(dá)到62.1％；微生物培養(yǎng)21d后，生長(zhǎng)級(jí)數(shù)可達(dá)到4級(jí)。 以上的基礎(chǔ)研究為農(nóng)產(chǎn)品的深加工、農(nóng)業(yè)廢棄資源的綜合利用以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)辟了一條嶄新的途徑，為消除“白色污染”，提供了一定的理論依據(jù)和實(shí)際參考。因此，本研究項(xiàng)目具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保三