柞蚕丝粉、丝素/聚乳酸复合材料的制备及性能研究

论文摘要

现代食品包装发展的物质基础是包装材料。目前纸、塑料、金属和玻璃仍然是食品包装材料的主角,其中塑料制品因其价格便宜,性质稳定、优良,方便易携带等特点广泛应用于食品包装和保鲜（汪学荣等,2008）。但石油资源的紧缺、价格飞涨、白色污染等是塑料行业发展面临的重大问题。选择廉价易得的农产品、农副产品进行化学提取及人工合成可环境降解绿色包装材料是解决上述问题的一条行之有效的途径。从玉米、马铃薯、秸秆等可以再生的植物资源提取出的淀粉转化变为葡萄糖,葡萄糖经过发酵成为乳酸,进一步聚合而成的绿色塑料聚乳酸是近几十年迅速发展起来的生物降解高分子材料（沈一丁等,2007）,它被认为是最有发展前途的高分子材料,备受国内外关注（Ann Christine Albertsson et al,2001）。目前,PLA主要应用于医药领域（Kricheldorf H R,2001）,而且因其自身存在的质硬而脆、生产成本高、不耐热、在自然环境中降解速度慢等缺点限制了这一品种在食品包装领域的广泛应用（R G Sinclair,1996）。本试验以廉价易得的柞蚕茧壳为原料,用物理及化学方法制得柞蚕丝粉、丝素添加到聚乳酸基体中进行共混改性,以期改善聚乳酸作为食品包装材料的上述缺点。本试验主要对柞蚕丝粉、丝素／聚乳酸复合材料制备的条件进行了摸索,对复合材料的力学性能、复合效果、耐热性能、抑菌性能、抗紫外线性能及降解性能进行了全方位测定,为该改良塑料品种的实际应用提供实验依据。本论文的主要结论如下：（1）柞蚕丝素/聚乳酸复合膜制备条件为：干燥温度为35℃,磷酸水解时间为3h,柞蚕丝素水溶液质量分数为2%,添加量为0.3mL,PEG（400）添加质量分数为30%-40%,在此条件下制备的复合膜综合指标较好。（2）配制的柞蚕丝素水溶液的质量分数应小于4%,否则复合膜的拉伸强度、断裂拉伸应变会呈下降趋势；（3）红外光谱、X射线衍射光谱测试结果显示,柞蚕丝素与聚乳酸基体复合效果良好；（4）添加磷酸水解1h、质量分数为4%的柞蚕丝素/聚乳酸复合膜对UV-B区间的紫外遮蔽效果最好,紫外线透过率仅为9.4%-12.7%；（5）将磷酸水解时间为3h,质量分数为2%,添加量为0.3mL的柞蚕丝素水溶液和质量分数为40%的PEG（400）与质量分数为2%的聚乳酸的二氯甲烷溶液进行共混,此条件下制备的柞蚕丝素/聚乳酸复合膜具有较好的抑菌性能,尤其对大肠杆菌、啤酒酵母、热带假丝酵母抑菌效果较明显；（6）粒径的柞蚕丝粉添加到聚乳酸基体中在一定程度上能够起到提高PLA拉伸强度的作用,最大值均出现在添加量为5%处,PEG（400）添加量为0%,分别为14.53MPa、15.4MPa,比纯聚乳酸拉伸强度分别提高166.7%,182.6%；（7）添加不同粒径柞蚕丝粉到PLA基体中可以提高PLA的耐热性,随着丝粉添加量的增加,复合体系耐热性增强,且5μm柞蚕丝粉对复合体系耐热性改善效果较好,添加量为15%时可达107℃；（8）柞蚕丝粉/聚乳酸复合材料横断面扫描电镜显示：添加量为5%、粒径为5μm的柞蚕丝粉与PLA基体复合效果较好,看不到明显的相分离。（9）添加柞蚕丝粉到聚乳酸基体中可以促进聚乳酸在磷酸缓冲溶液中的降解速度,其中添加15%、5μm柞蚕丝粉/聚乳酸片材在48天后质量损失可达22.3%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 聚乳酸简介
• 1.2 聚乳酸的改性研究进展
• 1.2.1 改善PLA柔韧性的研究
• 1.2.2 提高PLA耐热性的研究
• 1.2.3 改善PLA使用的耐久性
• 1.2.4 聚乳酸降解性能的改性
• 1.3 PLA在包装领域应用展望
• 1.4 柞蚕丝粉、丝素作为PLA改性剂的可行性分析
• 1.4.1 柞蚕丝的氨基酸组成
• 1.4.2 柞蚕丝的抗紫外线功能
• 1.4.3 柞蚕丝的耐热性、耐酸碱性
• 1.4.4 柞蚕丝的可生物降解性
• 1.4.5 柞蚕丝与聚乳酸分子中官能团、侧链之间的相互作用
• 1.5 本课题研究的目的与意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 1.7. 拟解决的关键问题
• 第二章 材料与方法
• 2.1 材料与主要试剂
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 柞蚕丝素制备工艺
• 2.3.2 柞蚕丝素/聚乳酸复合膜的制备
• 2.3.3 柞蚕丝素/聚乳酸复合膜的性能测定
• 2.3.4 柞蚕丝粉/聚乳酸复合片材的制备方法
• 2.3.5 柞蚕丝粉/聚乳酸复合片材的性能测定
• 第三章 结果与分析
• 3.1 柞蚕丝素/聚乳酸复合膜性能的测定结果与分析
• 3.1.1 不同水解时间柞蚕丝素对膜性质的影响
• 3.1.2 不同干燥温度对膜性质的影响
• 3.1.3 不同质量分数PEG（400）对膜性质的影响
• 3.1.4 不同柞蚕丝素质量分数对膜性质的影响
• 3.15 添加不同水解时间柞蚕丝素/聚乳酸复合膜红外光谱图
• 3.16 不同水解时间的柞蚕丝素/聚乳酸复合膜的紫外透过率测定结果
• 3.17 添加不同水解时间柞蚕丝素/聚乳酸复合膜的XRD曲线测试结果
• 3.1.8 复合膜抑菌性能测试结果
• 3.2 柞蚕丝粉/聚乳酸复合片材性能测定结果与分析
• 3.2.1 拉伸强度测试结果
• 3.2.2 断裂拉伸应变测试结果
• 3.2.3 片材耐热性测试结果
• 3.2.4 复合效果测试结果
• 3.2.5 降解实验测试结果
• 3.2.6 复合片材的XRD曲线测定结果
• 第四章 讨论
• 4.1 柞蚕丝粉、丝素/聚乳酸复合材料的制备方法
• 4.2 柞蚕丝粉、丝素/聚乳酸复合材料的性能测定方面
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表文章
• 附录Ⅰ 主要中英文对照表
• 附录Ⅱ 磷酸水解法制备柞蚕丝素