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淀粉是一种可再生的天然资源,不仅是人类食物的主要来源,而且是重要的工业原料。随着塑料污染问题日益严重,人们迫切需要开发可降解材料来取代塑料,因此淀粉基生物降解塑料已经成为这一研究领域的主流。但是天然淀粉的固有性质具有很多缺点,限制了其使用,根据淀粉的结构和理化性质对其进行改性处理,使其具有适合某种特殊用途的性质。本论文以异淀粉酶水解玉米淀粉获得的高直链玉米淀粉为原料,采用化学复合交联的方法制备一种复合材料,进一步采用热塑、共混的方法制备出一种淀粉基可降解材料,并对材料的性能和结构进行了研究。 采用稀碱分散法制备的高直链玉米淀粉直链淀粉含量高于94%,蓝值大于0.97,优于其他化学法,适合于实验室制备高直链淀粉。 采用异淀粉酶水解玉米淀粉(S)制备高直链玉米淀粉(ES)的最佳工艺参数为:酶解温度为40℃,加酶量200U/g淀粉,pH值4.0;水解时间从7.4h至60h,水解产物中直链淀粉含量从40%增加到92%;随着直链淀粉含量的增加,直链淀粉的分子量下降,分子量趋于分布均一;高直链淀粉薄膜的断裂伸长率、热特性参数、粘结性、弹性和粘附力降低,但高直链淀粉的抗老化能力、不同温度下黏度稳定性、抗酸碱能力、抗剪切能力、拉伸强度和硬度均提高。当直链淀粉含量为75%时,其形成薄膜的透光率和溶解度最低。 以高直链玉米淀粉为原料,采用环氧氯丙烷和六偏磷酸钠复合交联方法制备复合交联高直链玉米淀粉(CES),环氧氯丙烷的用量为0.3%、pH值为10、温度为30℃、时间为3h;六偏磷酸钠添加量为2.0%、pH值为10、温度为50℃、时间为2.0h,制得的交联高直链玉米淀粉的溶胀度为125%。 与高直链玉米淀粉相比,复合交联高直链玉米淀粉的分子量、结晶度、溶胀度、透光度、溶解度、抗酸碱能力、抗剪切性、黏度热稳定、抗老化性、成膜性、硬度、粘附力、弹性和黏结性等特性得到了显著的提高;其中直链淀粉含量为50%(CES-50)和85%(CES-85)复合交联高直链玉米淀粉的各项性能指标为最佳。 以CES-50为基料,二甲基亚砜和甘油作为复合增塑剂(5:5),增塑剂加入量为40%(与淀粉的质量比),在130℃下塑化20min,塑化后CES-50的拉伸强度为11.79MPa,断裂伸长率为116.98%。为了进一步提高热塑性CES-50的拉伸强度和疏水性,再将热塑性CES-50与聚己内酯(PCL)(7:3)熔融共混,加入3%(与淀粉的质量比)硬脂酸,20%(与淀粉的质量比)的复合增塑剂(二甲基亚砜:甘油6:4),在温度150℃下共混20min,制备CES-50/PCL材料的拉伸强度为13.67±0.29 MPa,吸水率为10.19±0.13%。 红外光谱(IR)分析表明,复合交联高直链玉米淀粉CES-50和CES-85在1085.2cm-1与1014.5cm-1处的C-O-C伸缩振动峰、以及在858.8cm-1与767.8cm-1处环醚类醚键伸缩振动峰的强度和宽度变大,说明在复合交联高直链玉米淀粉中有大量的C-O-O和环醚类醚键结构的引入;扫描电镜(SEM)分析表明,CES-85/PCL材料表面致密光滑,断面连续性好,说明CES-85与PCL具有较好的相容性;X射线衍射(XRD)分析表明,复合交联作用降低了结晶区直链淀粉的有序性结构,提高了ES与PCL的相容性。 CES-85/PCL的拉伸强度和耐热性优于CES-50/PCL,但是其断裂伸长率和疏水性低于CES-50PCL。土埋90d后,S/PCL、CES-50/PCL和CES-85/PCL试样的失重率分别为44.46%、37.72%和33.46%,说明直链淀粉和交联作用降低了淀粉基材料的降解速度。在光照条件下,S/PCL、CES-50/PCL和CES-85/PCL失重率低于2%,但是光照显著降低了S/PCL的拉伸强度和断裂伸长率(P<0.05),而对CES-50/PCL和CES-85/PCL的拉伸强度和断裂伸长率影响不显著(P>0.05),说明直链淀粉和复合交联作用能够抵抗光降解作用。 因此,以直链淀粉含量为85%的复合交联高直链玉米淀粉为基料制备淀粉基可降解材料(CES-85/PCL),产品的各项性能最好,适合制备淀粉基降解材料。 本论文证明了以异淀粉酶水解法制备的分子量分布均一的高直链玉米淀粉为基料,经过化学复合交联、塑化、共混制备出的淀粉基材料在性能上优于普通的淀粉基可降解材料。高直链玉米淀粉的生产成本较低,该项技术具有替代传统的淀粉基塑料的潜力。