酯化改性对淀粉塑化及成膜性能的影响研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuguiyuan2009
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目前,报道中所制备的淀粉/聚乙烯醇类降解塑料仍然存在塑化性能不佳、耐水性差以及淀粉与聚乙烯醇类聚合物共混的相容性问题。为了解决此类问题,本课题研究使用内、外两种塑化途径及两种途径联用对淀粉进行塑化:其一,外塑化,在玉米淀粉里加入乙二醇、山梨醇、丙三醇等多元醇类增塑剂以达到增加淀粉塑化性能;其二,内塑化,对玉米淀粉进行酯化改性,用酯基替代羟基,打破淀粉分子由于氢键作用而形成刚性结构,提高淀粉自身热塑化性。主要研究工作如下: (1)以浓硫酸作催化剂,玉米淀粉为原料,冰醋酸和醋酸酐为改性剂,合成了DS=0~2.98的玉米淀粉醋酸酯。用傅立叶红外(FTIR)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、热失重(TGA)、X射线衍射(XRD)对淀粉醋酸酯的结构、形貌、玻璃化转变温度Tg、熔融温度Tm、分解温度Td和结晶度等进行测试和表征。结果表明,浓硫酸可以代替甲磺酸作催化剂;酯化淀粉的球晶尺寸变小,球晶数目增多,随着取代度的增加结晶度降低,酯化淀粉的玻璃化转变温度降低,淀粉的热塑性提高。取代度分别为0.00,0.20,2.82时淀粉的分解温度Td分别为:327.32℃,374.09℃,381.35℃,相应的分解温度为Tm分别210℃、267℃、274℃,随着取代度的增加,淀粉的Tm和Td之间的范围扩大,在分解前实现微晶的熔融,酯化淀粉显示出比原淀粉更加优良的加工性能。随着溶剂极性降低,原淀粉溶解性降低,而醋酸酯淀粉的溶解性提高。高取代的取代度有很好的脂溶性。 (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(SEM)、差示量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、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,测试了塑化薄膜的等温吸附水量,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XRD的晶型,加入甘油不会改变衍射峰的位置。随着贮存时间的增加,结晶峰的宽度减小,峰强度增加,有微晶增加的趋势,这说明贮存过程中有重结晶发生。未塑化膜的Tg高于甘油塑化膜的Tg;在aw>0.43时,塑化膜表现出比原淀粉和未塑化膜较高的平衡水含量,在aw>0.75时,对照膜比原淀粉表现出较高的平衡水含量;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和冲击强度呈现增大趋势,而拉伸强度和弹性模量则呈下降趋势。塑化剂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)用不同取代度玉米淀粉醋酸酯(SA)与聚乙烯醇(PVA)的热溶液制成生物降解复合膜,用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、X射线衍射、力学测试机、接触角测定仪、多媒体显微镜和分光光度计对膜的形貌、玻璃化转变温度、结晶度、拉伸强度、接触角和透光率等性能进行测试和表征。测定了SA/PVA生物降解塑料耐水性、透油率。结果表明,取代度(DS)在0~0.20之间,随着取代度的提高,淀粉与聚乙烯醇的相容性提高,酯化淀粉复合膜的结晶度随着取代度的增加而降低,原淀粉复合膜结晶度为39%,DS=0.09复合膜结晶度为2.84%,DS=0.20复合膜结晶度为0.31%;膜表面的平整性也增加,韧性增加,成膜性提高;同时,膜的热性能和力学性能提高,原淀粉复合膜的Tg为82℃,取代度为0.09的淀粉复合膜Tg为73.6℃,取代度为0.20的淀粉复合膜Tg为65℃;疏水性增强,耐水性相应增强。在夏季野外土壤(平均温度28℃、平均湿度65%)掩埋生物降解试验,30d后,膜降解率达40%左右。
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