聚乙烯醇-淀粉-ZnO納米復合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚乙烯醇（PVA）是一種可完全生物降解的合成高分子材料，由PVA制成的薄膜具有許多優(yōu)異的性能，能夠滿足許多行業(yè)對薄膜提出的各種各樣的要求。本文針對PVA熔融擠出容易分解，加工難度大以及PVA降解速度慢的問題，在對PVA進行熱塑改性的基礎上通過熔融擠出法開展了環(huán)境友好的聚乙烯醇/淀粉/ZnO納米復合材料的制備研究。
　　為了改善PVA的加工性能，實現(xiàn)PVA薄膜的熔融擠出，本文首先通過差示掃描量熱法（DSC）考察了不同增塑劑對PVA熔

2、融性能的影響、通過DSC、熱重分析（TG）和力學性能測試考察了甘油加入量對PVA熔融溫度、結晶溫度和力學性能的影響以及維生素E對PVA熱穩(wěn)定性的影響。結果表明：當單獨以甘油為增塑劑時，增塑效果最好。PVA薄膜的拉伸強度隨著甘油加入量的增加而降低，而PVA薄膜的斷裂伸長率則隨著甘油加入量的增加而增加。維生素E降低了PVA在100℃～180℃區(qū)間的失重率，提高了PVA的分解溫度。最后確定維生素E的添加量為PVA質量的0.5％，甘油的最佳用量

3、為30%，單螺桿擠出機的轉速為25r/min。
　　為進一步提高PVA材料的降解性能，制備了PVA/淀粉共混塑料。采用交聯(lián)淀粉以降低材料的吸濕性，基于微波輻射固相合成技術研究開發(fā)出交聯(lián)淀粉的制備工藝，確定了最佳反應條件為：微波功率270W，反應時間3min，三偏磷酸鈉與淀粉的摩爾比為0.05：1，淀粉與碳酸鈉的摩爾比為30：1，含水量為8.06%。微波固相合成較傳統(tǒng)淀粉乳液合成方法節(jié)省反應時間約500倍，且工藝過程無廢水排放。在淀

4、粉和PVA共混制成的薄膜中，隨著淀粉用量的增加，PVA/淀粉薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率都有所下降，但在淀粉含量為25%時，薄膜的拉伸強度為17.05MPa，斷裂伸長率為425.00%，仍能達到對包裝薄膜力學性能的要求。
　　為了提高納米ZnO粉體在PVA基體中的分散性，對納米ZnO粉體進行了表面包覆SiO2改性，通過UV和粒徑分析考察了分散劑種類、分散劑濃度、pH值、硅酸鈉用量和中和時間對納米ZnO在反應體系中分散性以及包膜后納米

5、ZnO平均粒徑的影響，確定最佳包覆條件為：以聚丙烯酸鈉為分散劑，聚丙烯酸鈉濃度為1%，pH=9，硅酸鈉用量為3%（以SiO2/ZnO質量分數(shù)計），中和時間為1h。
　　為了確定最佳的納米ZnO加入量，根據(jù)上述制備PVA薄膜的最佳工藝條件，采用熔融擠出共混的方法制備了PVA/ZnO納米復合材料。由復合材料的力學性能測試結果可知：在納米ZnO含量為1%時，薄膜的拉伸強度明顯提高，比純PVA薄膜提高了20.27%；斷裂伸長率在納米ZnO

6、含量為0.5%時最大，略高于純PVA薄膜。納米ZnO還提高了PVA的熱穩(wěn)定性、耐光老化性能以及PVA的結晶度，使PVA中產生了新的晶相。將PVA、淀粉和納米ZnO共混后熔融擠出，納米ZnO加入量為1%，當?shù)矸奂尤肓繛榈?0%時，PVA/淀粉/ZnO納米復合材料的拉伸強度為17.50MPa，斷裂伸長率為406.25%，達到了對包裝薄膜力學性能的要求。
　　通過土埋降解實驗和紫外光降解實驗研究了PVA薄膜、PVA/starch薄膜以及

7、PVA/starch/ZnO納米復合材料的降解性能。土埋生物降解實驗表明：聚乙烯醇/淀粉/ZnO納米復合材料是可生物降解的。淀粉加入量越高，試樣的降解速度也越快。降解時間為112d時，純PVA膜的失重率為32.74%，淀粉加入量為10%、20%和30%的PVA/淀粉薄膜的失重率分別為37.51%、44.60%和55.32%。納米ZnO對微生物的生長有輕微的抑制作用，當?shù)矸奂尤肓繛?0%的薄膜中加入1%的納米ZnO后，降解時間為112d時

8、的失重率為52.68%，介于淀粉加入量為20%和30%的PVA/淀粉薄膜之間。紫外光降解實驗表明：由于納米ZnO的紫外屏蔽作用，輻照60d后，PVA/淀粉/ZnO納米復合材料薄膜斷裂伸長率保留率最高,為88%；PVA薄膜的斷裂伸長率保留率最低，為73%。
　　借助DSC研究了PVA/淀粉/ZnO納米復合材料的非等溫結晶動力學，結果表明：隨降溫速率增加，晶體的完善程度依次降低，結晶速率增加；在相同的降溫速率下，PVA/淀粉共混薄膜的