應(yīng)用于淀粉基塑料的木薯淀粉變性技術(shù)研究.pdf

1、隨著塑料產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，廢棄塑料的后處理及造成的環(huán)境污染越來(lái)越受到各國(guó)的關(guān)注，現(xiàn)已成為全球性的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)降解塑料是解決塑料污染的一個(gè)有效途徑。淀粉基塑料是由淀粉與聚烯烴共混制備得到的塑料，因淀粉安全價(jià)廉、來(lái)源廣泛、可降解等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。淀粉通過(guò)變性處理，可擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高其與聚烯烴的相容性，最終實(shí)現(xiàn)提高淀粉在塑料中的含量，降低不可降解的聚烯烴的應(yīng)用量，來(lái)達(dá)到緩解環(huán)境污染壓力的問(wèn)題。因此，對(duì)淀粉變性技術(shù)的研究尤顯重要。
　　

2、本文采用單因素試驗(yàn)方法，以非糧用木薯淀粉為原料，用醋酸酐為酯化劑，甲苯-4-磺酸為催化劑對(duì)淀粉進(jìn)行酯化變性研究。以取代度及反應(yīng)效率為衡量指標(biāo)，得出木薯淀粉酯化變性的較佳工藝為：醋酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％、催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、反應(yīng)時(shí)間3h、反應(yīng)溫度45℃、浴比1:3。紅外光譜分析表明淀粉結(jié)構(gòu)中確實(shí)引入了醋酸酯基團(tuán)，證實(shí)了酯化反應(yīng)的發(fā)生；SEM觀察顯示酯化反應(yīng)不僅發(fā)生在淀粉表面，還發(fā)生在淀粉顆粒內(nèi)部；XRD分析表明木薯醋酸酯淀粉的結(jié)晶度較原淀

3、粉下降了8.03%，酯化反應(yīng)破壞了淀粉的部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)；DSC分析表明淀粉酯化變性后，改善了其熔融性能，木薯醋酸酯淀粉熔融溫度較原淀粉降低了22.3℃。
　　在木薯淀粉酯化變性的基礎(chǔ)上，以不同取代度及不同含量的淀粉為基材與聚丙烯(PP)共混制備塑料。通過(guò)對(duì)塑料拉伸、彎曲、吸水等性能的分析及斷面形貌的觀察，研究了淀粉酯化程度和含量對(duì)淀粉基塑料性能的影響。對(duì)淀粉含量25%的淀粉基塑料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著酯化淀粉取代度的增大，塑料拉伸強(qiáng)度、

4、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增大；彎曲模量、吸水率逐漸減小。綜合考慮，取代度為0.105的酯化淀粉制備得到的淀粉基塑料綜合性能較優(yōu)。對(duì)取代度為0.105的酯化淀粉基塑料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著淀粉含量的增加，塑料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減??；彎曲模量、吸水率逐漸增加。采用掃描電鏡SEM觀察淀粉基塑料斷面形貌發(fā)現(xiàn)，酯化淀粉基塑料比原淀粉基塑料兩相結(jié)合情況改善，相容性提高，酯化淀粉含量的增大不利于其在共混體系中的分散。
　　在單一酯化

5、變性的基礎(chǔ)上，制備得到酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉。采用不同交聯(lián)度及不同淀粉含量的酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉與聚丙烯共混制備得到淀粉基塑料，選用影響淀粉基塑料性能的主要指標(biāo)拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率為衡量指標(biāo)，探索酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉交聯(lián)度及淀粉含量對(duì)塑料拉伸性能的影響規(guī)律。同時(shí)將酯化、交聯(lián)共混變性淀粉與酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉對(duì)淀粉基塑料拉伸性能的影響進(jìn)行了比較。對(duì)淀粉含量30%的淀粉基塑料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉交聯(lián)度的增大，淀粉基塑料拉伸強(qiáng)

6、度逐漸增大，且均高于單一酯化變性淀粉基塑料。隨著酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉交聯(lián)度的增大，共混塑料斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增大，交聯(lián)度較低時(shí)，復(fù)合變性淀粉基塑料斷裂伸長(zhǎng)率低于單一酯化變性淀粉基塑料，隨著交聯(lián)度增大，復(fù)合變性淀粉基塑料斷裂伸長(zhǎng)率高于單一酯化變性淀粉基塑料。綜合考慮，沉降積為0.9mL的酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉制備得到的淀粉基塑料斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均優(yōu)于單一酯化變性淀粉基塑料，更適合用作后續(xù)研究。對(duì)沉降積為0.9mL的酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉基塑料

7、進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉含量的增大，塑料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率逐漸降低。酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉含量為35%時(shí)，塑料的強(qiáng)度為33.27MPa，大于酯化淀粉含量為30%時(shí)的強(qiáng)度32.71MPa，復(fù)合變性淀粉含量為35%時(shí)，塑料斷裂伸長(zhǎng)率為7.21%，遠(yuǎn)大于單一酯化變性淀粉含量為30%時(shí)塑料的斷裂伸長(zhǎng)率2.83%，可知酯化交聯(lián)復(fù)合變性淀粉較單一酯化變性淀粉更有利于共混塑料中淀粉含量的增加。選用15%的取代度為0.095的酯化淀粉、1