硕士论文-淀粉生物降解泡沫材料的制备及性能研究

天津大学硕士学位论文淀粉生物降解泡沫材料的制备及性能研究姓名：付庆伟申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：于九皋20070101淀粉生物降解泡沫材料的制备及性能研究作者：付庆伟学位授予单位：天津大学相似文献(10条)1.期刊论文谢新春.邱桥平.向明.XIEXin-chun.QIUQiao-ping.XIANGMing热塑性淀粉/生物降解共聚酯共混物流变性能的研究-塑料工业2008,36(5)研究了热塑性淀粉(TPS)以及TPS/生物降解共聚酯共混物的流变行为,讨论了增翅剂用量、共聚酯用量和熔体温度对流变行为的影响.研究表明,TPS和TPS/生物降解共聚酯共混物熔体呈明显的非牛顿特征;增塑剂的使用可以大幅度改善淀粉的塑化行为,通过调节增塑剂用量,可以在一定范围内控制TPS的流变行为.对于共聚酯和TPS的共混体系而言,在共聚酯用量较低时,流动过程中TPS分子链受到较强剪切力作用而发生断链,共混物熔体表观黏度降低.在共聚酯用量较高时,共混物熔体黏度则表现出对温度有较大的敏感性.TPS的黏流活化能较小,TPS/生物降解共聚酯共混物的黏流活化能随共聚酯用量的增加迅速增大,且随剪切速率的增加迅速降低.2.期刊论文柳明珠.刘再满.丁生龙.刘锴.李社青.张立基热塑性淀粉的制备及其结构与性能-应用化学2004,21(3)在甘油、尿素和水存在下,玉米淀粉在密炼机中可加工成热塑性淀粉.研究了甘油及尿素的用量对淀粉塑化性能的影响,用X射线衍射仪对热塑性淀粉的结晶性能进行了研究.结果表明,在甘油、尿素及水的作用下,高温、剪切力使淀粉微晶结构受到了破坏,转变为易加工的热塑性淀粉.尿素用量越大,淀粉微晶结构被破坏程度越高;甘油用量越大,热塑性淀粉的拉伸强度越小,断裂伸长率越大.在甘油/淀粉质量比为0.20～0.40时,热塑性淀粉均表现为假塑性流体,且甘油用量越大,表观粘度越小,流动性越好.热塑性淀粉的生物降解速度比新闻纸张快,将其和聚乙烯共混可加工成透明薄膜.3.学位论文兰庆贵淀粉基生物降解热塑性塑料的动态挤出制备研究2006淀粉来源广泛，价格低廉，是一种可全生物降解的天然高分子，因此淀粉基生物降解塑料是研究得最多的一类生物降解塑料，目前及其今后的主要发展方向是研发性能及成本均满足市场需求的淀粉基全生物降解热塑性塑料(或称：热塑性淀粉塑料)。采用原淀粉与小分子增塑剂及其它添加剂共混塑炼挤出是目前制备淀粉基全生物降解热塑性塑料的最主要方法。然而，淀粉由于其自身多羟基、耐热性差、吸水等等问题，及其加工过程相变的复杂，淀粉基全生物降解热塑性塑料的热塑化加工及材料性能控制都比通用塑料的来得困难，且制品使用性能及成本均不尽如人意，还需要大力研究。振动辅助加工技术特别是电磁动态成型加工技术是高分子加工先进技术之一，在过去的研究中展现了强大的生命力；通过对高分子材料加工过程中施加振动力场，能够有效改善高分子材料材料的加工性能及其制品的使用性能。本文通过反复的实验，摸索出了热塑化挤出法制备热塑性淀粉(TPS)及聚乙烯醇增强热塑性淀粉塑料(PVA/TPS复合材料)等淀粉基生物降解热塑性塑料的工艺条件与设备条件；在此基础上，基于电磁动态成型加工技术，首次进行了这类材料的的动态热塑化挤出制备实验；并在优化的工艺条件下，更进一步地制备了不同配比的纳米碳酸钙(CCR)改性热塑性淀粉塑料(CCR/TPS复合材料)，及戊二醛交联剂交联聚乙烯醇/淀粉交联体系(PVA-G-TPS复合材料)。最后对所得的材料进行了力学性能测试、吸水性测试及TG，DSC，WAXD，SEM，FTIR等测试及结构分析。研究结果表明：1)淀粉基材料的热塑性挤出宜保留一定水分，通过精细调节温度和螺杆转速等工艺条件可以避免水分带来的加工困难。淀粉基材料的热稳定性差，流动性不好，加工设备的选择、设计时应避免使物料停留时间过长、流动阻力过大。2)振动力场能够强降低加工时的螺杆扭矩，促进淀粉及聚乙烯醇的塑化，改善材料的流动性；振动力场还能够强化纳米碳酸钙填充热塑性淀粉塑料纳米碳酸钙在淀粉基体中的分散，强化淀粉与聚乙烯醇的共混分布，强化戊二醛交联剂与淀粉及聚乙烯醇之间的交联。振动力场对淀粉基材料热塑化挤出的这些影响，使动态挤出所得的材料的拉伸性能明显优于稳态挤出所得的材料。振动力场对材料的耐热性、耐水性、结晶性、分子结构也有影响，但影响很小。3)在本论文实验条件下，纳米碳酸钙能够提高热塑性淀粉的拉伸性能及耐水性，并削弱热塑性淀粉的结晶，纳米碳酸钙的用量为淀粉用量的3％(质量分率)时最好。聚乙烯醇分子与淀粉分子之间的羟基能形成缔结氢键，两者之间有较好的相容性，聚乙烯醇增强热塑性淀粉塑料的力学性能要远高于不含聚乙烯醇的热塑性淀粉，并具有更好的耐热性和耐水性。淀粉基材料在湿度较高时高度吸水，而水分对淀粉基材料力学性能有很大影响。交联能够提高聚乙烯醇与淀粉之间的相容性，因此能提高聚乙烯醇/淀粉复合体系的拉伸性能，大幅降低聚乙烯醇/淀粉复合体系的吸水性，并极大的抑制聚乙烯醇/淀粉复合体系的结晶，但交联也会使物料变成红色，交联剂戊二醛的最佳用量为淀粉与聚乙烯醇用量总量的3％(质量分率)。4.期刊论文任崇荣.周正发.任凤梅.徐卫兵.RENChong-rong.ZHOUZheng-fa.RENFeng-mei.XUWei-bing热塑性淀粉基生物降解母料的加工性能研究-塑料2008,37(5)研究了淀粉、甘油、铝酸酯偶联剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)含量对热塑性淀粉基生物降解母料塑化过程中平衡扭矩、平衡时闻、最大扭矩以及熔体指数等参数的影响.结果表明:增加甘油和铝酸酯的含量,可以显著地降低最大扭矩和平衡扭矩,恰当地选择淀粉和EVA比例可以缩短平衡时间并使母料的熔体指数获得最佳范围,通过调节各组分含量能够使母料获得很好的加工性能.5.期刊论文李新法.陈金周.牛明军.单爱国.刘宏治.郑丙利.曲良俊.王经武热塑性淀粉塑料的力学性能研究-塑料工业2003,31(11)以淀粉和增塑剂为原料制备了热塑性淀粉(TPS)塑料及TPS/EVA共混材料,研究了材料的力学性能.结果表明:TPS塑料的拉伸强度和弹性模量随着增塑剂用量的增加而降低,断裂伸长率和冲击强度则随之升高;用量相同时,3种增塑剂对TPS塑料的冲击强度和断裂伸长率的改善程度依次为:乙二醇＞丙三醇＞丙二醇,而对拉伸强度和弹性模量的影响正好相反;相同条件下,3种热塑性淀粉塑料的韧性为:玉米TPS＞木薯TPS＞小麦TPS.加入经马来酸酐改性后的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)后,TPS的韧性显著提高,其中,以玉米TPS/改性EVA共混物的断裂伸长率最高.6.学位论文陈涛热塑性淀粉塑料加工、结构和性能研究2006利用转矩流变仪、单螺杆挤出机和增塑剂将天然淀粉转变为热塑性淀粉(TPS)。借助于扫描电子显微镜(SEM)观察，示差扫描量热分析仪(DSC)分析天然淀粉、TPS及其共混物的凝聚态结构和影响因素，研究天然淀粉的塑化机理。通过转矩流变实验，力学性能和吸水性能测试，研究形成TPS的必要条件，塑化因素如塑化历程、增塑剂含量、种类，淀粉结构和聚乙烯醇(PVA)等对TPS塑料塑化特性、力学性能和吸水性的影响，证明Peleg模型适用于本试验TPS体系。利用土埋试验和按国家标准自建的生物降解装置，表征TPS塑料降解过程，定量测定TPS塑料降解产物二氧化碳，研究TPS及其与聚乳酸(PLA)共混物的生物降解性。本论文实验结果如下：1.通过加热、剪切与增塑剂协同作用，使天然淀粉的微粒结构逐渐消失，最终转变成类似于单组分热塑性塑料的均质结构。提高塑炼温度、延长塑炼时间和增强剪切作用能增强和加速甘油的增塑作用，促进淀粉塑化成为均质材料。2．增塑剂对淀粉热塑性化作用取决于增塑剂分子结构，甲酰胺增塑作用依次大于乙二醇和甘油，其增塑体系的最大转矩、平衡转矩及到达平衡转矩的时间均小于乙二醇和甘油增塑体系。随着增塑剂用量增加，促进淀粉热塑性化的作用愈显著，甲酰胺和乙二醇增塑TPS的拉伸强度降低，断裂伸长率增加，呈现一定的韧性断裂，而甘油增塑TPS则呈现脆性断裂。甘油增塑淀粉的拉伸强度远大于甲酰胺，乙二醇增塑时材料的拉伸强度，而断裂伸长率的则相反。3．由于直链淀粉含量直接影响淀粉的颗粒形态和结晶度，因此直链淀粉含量会影响增塑剂对淀粉的热塑性化作用，最终决定TPs微观结构、力学性能和吸水性能。直链淀粉含量愈少，甘油增塑淀粉愈易热塑性化；当直链淀粉含量约为25％时，TPs的综合性能最佳。4．用凝胶化PVA与TPS共混有利于改善TPS韧性，同时也会增大TPS的塑化转矩。TPS／PLA共混物力学性能与淀粉中直链淀粉含量有关，总的来说，因二者相容性差，共混物力学性能劣化。纤维的加入，因分散性不好，降低了材料的拉伸强度。但是长纤维有益于保持材料的力学性能。5．甲酰胺和乙二醇增塑TPS与甘油增塑TPS有不同的吸水过程和平衡吸水率，表现出先吸水后脱水的现象，而甘油增塑TPS及其共混体系的吸水过程始终是吸水。加入PLA将降低TPS平衡吸水率和吸水速度。6．用Pcleg模型描述聚合物／热塑性淀粉混合物及甘油增塑TPs体系的吸水性过程是准确、有效的；Peleg模型可以有效的预测材料的平衡吸水率，缩短测试时间，提高实验效率。7．热塑性淀粉具有优异的生物降解性，降解速度与天然淀粉相似。实验中，PLA的加入不会影响TPS共混物的生物降解性，而且在实验的初始阶段有加速共混物生物降解速度的作用。培养液的浓度会影响实验进行的快慢。8．天然淀粉在混炼温度、应力和增塑剂作用下完成热塑性化过程为：首先，增塑剂进入淀粉原始粒子堆积空隙，浸润淀粉原始粒子表面。然后增塑剂向淀粉颗粒内部扩散，插入到淀粉非晶区，分子链段活动性提高，增大分子链间的自由体积，淀粉颗粒发生膨胀。随着温度进一步升高，淀粉晶区熔化。最后，在应力场和温度场的作用下，已软化淀粉颗粒经相互碰撞、挤压、变形，界面逐渐融合，最终形成均质体。7.期刊论文高建平.于九皋.王为.GaoJianping.YuJiugao.WangWei完全生物可降解热塑性淀粉复合材料-高分子材料科学与工程1999,15(3)在添加剂的作用下,将淀粉在螺杆挤出机中加工成热塑性淀粉复合材料.研究了添加剂复合组分对热塑性淀粉力学性能、流变学性能的影响.并用X射线衍射和扫描电镜对淀粉的结构进行了研究.结果表明,在剪切力、温度和添加剂的作用下,淀粉的颗粒结构和结晶结构受到破坏,从而导致淀粉材料力学性能和流变性能的改变.8.学位论文赫玉欣热塑性淀粉/聚乙烯醇/蒙脱土三元纳米复合材料研究2006随着高分子工业的迅速发展，人类已经面临了两个难以解决的难题：环境污染和资源短缺。目前，世界合成高分子材料的年产量已经超过1.4亿吨，废弃塑料大约4000万吨，且每年正以惊人的速度增加。对废旧塑料的处理办法主要是土埋、焚烧和回收。土埋浪费了大量的土地；焚烧则会产生大量的二氧化碳及其它有害气体，助长了温室效应及酸雨的形成。因此，研究开发可生物降解的新材料势在必行。淀粉基塑料作为生物降解材料大家庭的成员之一，凭借其广泛的原料来源、低廉的价格以及优异的降解性能等得天独厚的优势，已经被业界公认为极具发展潜力的新型生物降解材料的代表。不过由于淀粉属于含多羟基的刚性天然高分子材料，吸湿性以及脆性等缺陷一直阻碍着此类材料的大量应用，改善淀粉塑料的耐吸湿性，提高材料的韧性以及热稳定性，是淀粉塑料的发展方向。蒙脱土作为一种具有纳米级片层结构的硅酸盐矿物，如果能够以单个片层的形式无序的分散到淀粉塑料中，形成剥离型的复合结构，将能够有效改善淀粉塑料的耐吸湿性，同时对于提高材料的热稳定性也是有所帮助的。正是基于这种背景，本论文以国内外相关文献理论方法为基础，采用溶液和熔融插层相结合的半干法，通过在淀粉基体中引进蒙脱土片层纳米结构，制备了一种新型的淀粉基纳米复合材料。并对该纳米复合材料体系进行了系统地探讨研究。本论文采用阳离子交换容量为111.5mmol/100g蒙脱土做插层反应的原料。采用聚乙烯醇作为插层剂。用溶液插层法制备了含无机蒙脱土量分别为1％、2％、3％、5