淀粉/EVA生物降解塑料的制备、结构与性能

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以石油为主要原料的塑料的广泛应用将造成石油资源严重匮乏,“白色污染”日益加剧的困难处境。淀粉基塑料的出现和投入使用能够有效的缓解这一矛盾,但是现有的淀粉基塑料也存在着价格昂贵、可降解性能差、使用过程中的力学性能和耐水性能差的缺点而不能尽如人意。淀粉经甘油增塑后可制得熔融加工温度较低的热塑性淀粉(TPS),以用于一次性塑料包装袋以及一次性餐具等领域。但尚存在着可塑性差、热封性差、耐水性差、力学性能低等缺点而限制了其广泛应用。为此,我们用TPS和可生物降解的分子量较小的EVA、EAA熔融共混制备了一系列不同树脂和不同树脂含量的生物降解塑料。并对其聚集态结构、热性能、成型加工性能、热机械性能、力学性能、耐水性能和生物降解性能进行了测试和表征。通过研究,我们发现:1.根据X射线衍射图谱和偏光显微镜分析可知,TPS和TPS/EVA/EAA生物降解塑料仍为晶相与非晶相共存状态,但是结晶度有大幅度降低,最低降至15%左右;由DSC测试可知,TPS和TPS/EVA/EAA生物降解塑料的熔点比原淀粉的熔点低,均有利于改善TPS/EVA/EAA生物降解塑料的热塑性和热封性。2.根据红外光谱分析可知,经增塑剂增塑后,淀粉分子和增塑剂分子以及EVA/EAA分子间通过氢键等缔合形成了不同于原物质分子的结构。3.DMA测试表明,随温度升高和频率增大,TPS/EVA生物降解塑料和TPS的转变峰所对应的温度和储能模量十分相似;TPS/EAA生物降解塑料的转变峰所对应的温度和储能模量都向高温方向移动;TPS/EVA生物降解塑料和TPS/EVA/EAA生物降解塑料各转变峰所对应的温度和储能模量都向低温方向移动;,在低温区有一个强而宽的内耗吸收峰,玻璃化转变温度基本都低于-30℃,充分说明TPS和EVA/EAA的相容性较好,该系列TPS/EVA/EAA生物降解塑料具有良好的低温韧性和耐寒性;TPS/EVA/EAA生物降解塑料的玻璃化转变温度随EVA/EAA含量的增加而降低。4.TPS和TPS/EVA/EAA生物降解塑料在氮气中的热降解随升温速率的增大向高温方向移动,热降解过程分为两步。其热降解第一步过程遵从减速曲线类型中的相边界控制机理,而第二步热降解遵从减速曲线类型中的三维扩散(Ginsting-Brounshtein方程)机理。TPS/EVA/EAA生物降解塑料在N2气氛下的平衡热降解温度为:第一步热降解:Too=262.67℃,Tpo=272.82℃,Tfo=309.30℃;第二步热降解:Too=428.32℃,Tpo=452.16℃,Tfo=466.52℃。说明在同类生物降解塑料中具有较好的热稳定性。5.增塑剂甘油可以降低该TPS/EVA/EAA生物降解塑料玻璃化转变温度,在140℃左右可进行塑性加工;EVA和EAA可以作为TPS/EVA/EAA生物降解塑料的热封改性剂,可以提高其力学性能;EAA和EVA复合使用时,由于其和TPS的相容性好,效果比单用EVA或EAA效果都好,在所研究范围内,制得的TPS/EVA/EAA生物降解塑料的力学性能最好。6.随EVA/EAA的含量增大和组分的变化,体系中的两相界面逐渐趋于模糊,由清晰的“海-岛”结构逐渐演变为模糊的“海-海”结构。7.甘油可以减小TPS/EVA/EAA生物降解塑料的平衡吸水率,且随甘油含量的增大,其平衡吸水率逐渐减少,当甘油含量高于25%后,变化不大,趋于平衡;EVA/EAA可以改善生物降解塑料的耐水性,在水温较低时,其平衡吸水率较TPS的平衡吸水率明显降低;随水温升高,TPS/EVA/EAA生物降解塑料的吸水率有逐渐增大的趋势;EVA/EAA可有效延长生物降解塑料达到平衡吸水率所需时间。8.经过埋土法试验证明:TPS/EVA/EAA生物降解塑料有着很好生物降解性,在五个月之内失重率可达到25%~40%;降解试样表面有菌落生长,说明该系列TPS/EVA/EAA生物降解塑料支持微生物的生长,其降解能力得到证实;经过研究我们发现,TPS/EVA/EAA生物降解塑料的生物降解程度和试样的厚度有很大的关系,微生物降解从试样的表面向试样内部渗透。
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