论文部分内容阅读
四种不同的甲基丙烯酸酯:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸己酯(HMA)接枝改性常见的生物高分子,包括碳水化合物(淀粉)、蛋白质(大豆蛋白)、家禽羽毛、含可溶固形物的玉米、高粱干酒糟。改性后产物热压制备出具有良好的拉伸性能和水稳定性的生物热塑性塑料膜。热塑性塑料一般由合成聚合物制备而成,而合成聚合物使用的是不可再生的石油资源。由于石油资源短缺,人们逐渐转向研究由可再生的生物高分子制备热塑性膜,来取代由合成聚合物如聚丙烯、聚乙烯和聚苯乙烯等制得的传统塑料,以减少合成聚合物材料对环境的污染问题。可制备热塑性膜的天然高分子包括淀粉、纤维素等碳水化合物及玉米蛋白、小麦蛋白、大豆蛋白、羽毛角蛋白等蛋白质。但是,生物热塑性膜与合成热塑性膜相比,强力差、水稳定性差,脆性大。目前,人们采用交联、化学改性或者与合成聚合物进行混合,以改善天然热塑性膜的性能。乙酰化、醚化和接枝是比较常用的化学改性方法。在各种化学改性中,接枝可避免损伤生物高分子的主链,制备的热塑性膜将具有更好的拉伸性能。本研究选用价格便宜、应用广泛的四种甲基丙烯酸酯(MA)单体接枝改性生物高分子制备热塑性膜。选用碳水化合物中的玉米淀粉,蛋白质中的大豆蛋白,以及工业废弃物家禽羽毛和工业副产物玉米、高粱酒糟等生物高分子做为原材料。淀粉是一种常见的、广泛应用于食品或非食品领域的生物高分子,数量巨大、价格低廉、可生物降解。由于目前淀粉热塑性膜较脆、水稳定性差,本研究首先选用甲基丙烯酸酯接枝改性的淀粉制备热塑性膜,验证此种方法对于生物热塑性膜的性能是否有所改善。然后将此种方法应用于具有较好水稳定性的大豆蛋白,制备高强度、高水稳定性的热塑性膜。考虑到大豆蛋白价格较贵,工业化生产具有一定的限制,本研究进一步选用含有大量蛋白质的工业废弃物家禽羽毛、工业副产物玉米、高粱酒糟替代大豆蛋白做为原材料来制备生物热塑性膜。本研究表明MA接枝反应条件缓和,生物高分子的主链未受损,制备的热塑性膜具有很好的拉伸性能和水稳定性。五种材料中,甲基丙烯酸酯改性淀粉的热塑性能最差,大豆蛋白和羽毛的最好,玉米酒糟和高粱酒糟居中。单体链长越长,其改性生物高分子制备的热塑性膜断裂伸长率越好;单体链长越短,断裂强度越好。增加均聚物含量能够增强断裂强度和断裂伸长率。单体分子链长较长的,增加的断裂伸长率较高;分子链长较短的,增加的断裂强度较高。BMA接枝改性淀粉制备的热塑性膜具有很好的强力和水稳定性,BMA、HMA接枝改性淀粉制备的热塑性膜的断裂伸长率5-35%。总体上来说,BMA更适于制备具有好的拉伸性能和水稳定性的热塑性淀粉产品。BMA、HMA接枝改性后的大豆蛋白能够制备出具有较好的干态、湿态拉伸性能的热塑性膜,即BMA、HMA更适于大豆蛋白的改性。对于玉米酒糟,HMA能使玉米酒糟产物具有最好的热塑性,但是含有HMA均聚物的膜非常柔软,当其含量为25%以上时,HMA改性玉米酒糟热塑性膜的干态、湿态拉伸性能均变差;含有BMA均聚物的膜具有更好的断裂伸长率。混合单体接枝改性可制备出具有更高断裂强度和伸长率的玉米酒糟热塑性膜。对于高粱酒糟,BMA接枝改性的高粱酒糟具有更好的热塑性,所制备的膜具有更好的干态、湿态拉伸性能。本研究的创新点包括以下几点:(1)、BMA、HMA接枝改性后的大豆蛋白热压制备出具有较好的干态、湿态拉伸性能的热塑性塑料膜。膜在水中或高湿度条件下的稳定性,比以往所做的大豆蛋白热塑性膜要好。为热压制备高强度、高水稳定性生物高分子热塑性膜提供了一种新的途径。(2)选择不同的单体结构可获得性质不同的生物热塑性膜,HMA接枝改性的生物高分子热塑性膜水稳定性最好,MMA接枝改性的断裂强度最高, BMA接枝改性的断裂伸长率最大。(3)改性大豆蛋白制备的热塑性膜具有最好的拉伸性能与水稳定性;综合性能与成本,家禽羽毛改性热塑性膜应用潜力最大。(4)以工业废弃物为原料制备热塑性膜,实现了废弃物的再利用。甲基丙烯酸酯接枝改性常见的生物高分子制备的热塑性膜,具有良好的拉伸性能和水稳定性。本研究结果若实际应用于工业化生产,可有效利用再生资源,减少废弃物排放,符合可持续发展要求。