纳米SiO2改性淀粉基全生物降解薄膜的研究

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由于塑料废弃物的严重污染日益威胁人类赖以生存的环境,研究“绿色高分子”逐渐受到重视。淀粉是自然界丰富的可再生资源,它无毒无害,可完全生物降解,因此其开发应用是全生物降解材料领域研究的热点之一。然而较差的力学性能与防水性能却限制了其应用。本实验研究证明:利用纳米SiO2改性淀粉,同时对淀粉进行交联、增塑、增强处理,可以显著提高淀粉薄膜的强度、韧性和防水性能。因而为解决全球性塑料污染问题提供了一条可靠途径,具有广阔的开发前景。 本课题综述了降解塑料的国内外研究现状和发展趋势,并针对目前降解塑料中存在的问题,提出了研究开发具有良好力学性能和防水性能的淀粉基全生物降解薄膜的新思路:以玉米淀粉(ST)为主要原料,采用分步改性再共混等新方法,通过流延工艺制备全生物降解薄膜。本研究的创新之处在于:对纳米SiO2进行水相分散处理,并用以改性淀粉薄膜。 本研究的主要内容及结论如下: 1.聚乙烯醇(PVA)为淀粉薄膜的最佳增强剂,PVA与ST的最佳配比为2:3。且确定了最佳的固液比为1:9。 2.ST和PVA的最佳交联剂为戊二醛。正交试验确定了其最佳交联反应条件为:戊二醛的用量为ST和PVA干重的3.5%、介质PH10、反应温度为85℃及反应时间为30min。 3.加入交联剂戊二醛重量的35%的三聚氰胺及ST和PVA干重的1.5%的硼砂也可以改善淀粉薄膜的力学性能和防水性能。 4.大分子与小分子的增塑有区别。小分子增塑剂对膜的力学性能影响显著,可以大大降低膜的拉伸强度及提高膜的断裂伸长率。而大分子增塑剂对膜的力学性能2004年硕士学位论文影响较小。采用高相对分子质量的增塑剂与低相对分子质量的增塑剂混合增塑ST和PVA,有利于提高薄膜的力学性能。正交试验确定了乙二醇、丙三醇和聚丙二醇的最佳组合为:3%、3%和6%(占ST和PVA干重)。 5.确定了淀粉薄膜的最佳消泡剂、脱模剂、稳定剂及其用量(占ST和PVA干重)分别为:司班巧为1.0%、液体石蜡为1.5%及氯化按1.5%。 6.研究了淀粉薄膜的最佳工艺条件:反应液搅拌速度为llor/min、膜干燥温度为110℃及干燥时间为30min。 7.纳米5102极易团聚,分散是关键:2%纳米510:(占ST和PVA干重)分散液中加入1.5%聚丙烯酞胺(PA)(指占纳米5102干重)分散剂,并将PH值调到10后用机械力研磨分散lh;然后置入ST一PVA乳液中,常温下高速搅拌分散15min。少量纳米510:的加入使淀粉薄膜的力学性能、透光性、防水性和湿度适应性都得到了大幅度的提高。膜的拉伸强度可达34.82MPa,断裂伸长率为331%,达到国标GB4456一84所规定的标准。 8.通过红外光谱、X一射线衍射和扫描电镜微观结构分析表明:交联剂戊二醛在ST和PVA分子间形成了化学交联键,而纳米5 102则进一步与ST和PVA中的游离轻基发生氧键合作用,并形成特定的致密均一的网状结构。 9.膜的土埋降解、微生物降解及田艺特性试验表明:淀粉薄膜具有良好的生物降解性能,且具有普通PE膜相同的保温保水性能。其生物降解率随PVA、交联剂及纳米5102用量的增加而降低,且完全降解所需时间从4Od到140d不等,因而句通过控制该三者的用量来实现降解时间人为控制的目的。 以上的基础研究为用纳米粉体改性高分子材料,为用流延法制造淀粉基全生物降解薄膜,为消除“白色污染”,增加作物收成,提供了一定的理论依据和实际应用参考。
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