淀粉纳米晶粒/天然高分子复合薄膜的制备及其性能研究

论文摘要

聚合物基纳米复合材料是纳米材料领域发展迅速、应用前景广阔的重要材料。特别是以天然高分子制备纳米颗粒技术出现后,更为纳米复合材料开辟了新的研究方向。本文利用天然淀粉制备淀粉纳米晶粒,并采用溶液共混法制备环境友好的淀粉纳米晶粒/大豆分离蛋白和淀粉纳米晶粒/羧甲基壳聚糖纳米复合材料,并对其结构和性能进行了研究。首先通过硫酸酸解蜡质玉米支链淀粉,制备了淀粉纳米晶粒。采用X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对酸解后的淀粉颗粒进行了表征。结果表明,随着酸解的不断进行,颗粒的结晶度不断增加,微晶尺寸和面间距缓慢减小。酸解6天后,得到尺寸在40100nm之间,结晶度为62.97%的淀粉纳米晶粒,产率为24.1wt%。以溶液共混法制备淀粉纳米晶粒不同含量的淀粉纳米晶粒/大豆分离蛋白复合薄膜并研究其性能,结果表明:淀粉纳米晶粒含量较低时,对复合薄膜表现出了较好的改进和增强作用,有效的改善了大豆分离蛋白的力学性能和阻隔性能。红外光谱（FTIR）分析说明复合薄膜的填充物与基体材料之间表现出了较好的相容性。当淀粉纳米晶粒的填充量为20wt%时,复合薄膜的拉伸强度提高了7倍,70.6%的断裂伸长率说明复合薄膜仍然具有良好的延伸性。与此同时,复合薄膜的吸湿性和水蒸气透过率减小到最低,显示出了很好的阻隔性能。以羧甲基壳聚糖为基体材料制备了淀粉纳米晶粒/羧甲基壳聚糖复合薄膜。采用红外光谱（FTIR）、X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对复合薄膜进行结构表征。结果表明复合薄膜中淀粉纳米晶粒和羧甲基壳聚糖之间存在强烈的相互作用及良好的相容性。随着淀粉纳米晶粒含量的增加,复合薄膜的透光率不断下降,当淀粉纳米晶粒含量达到40%时,透光率降至最小值为69.3%。填充适当的淀粉纳米晶粒,可改善复合薄膜的力学性能。当淀粉纳米晶粒含量为30%时,拉伸强度（TS）为28.8MPa,比纯羧甲基壳聚糖薄膜提高了两倍,断裂伸长率（EB%）为92.4%说明复合薄膜仍具有很好的延伸性。薄膜的阻隔性能随着淀粉纳米晶粒含量的增加而不断提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 淀粉简介
• 1.2.1 淀粉的结晶结构
• 1.2.2 淀粉的酸水解
• 1.2.3 淀粉纳米晶粒
• 1.3 大豆分离蛋白简介
• 1.3.1 大豆分离蛋白的功能性质
• 1.3.2 大豆分离蛋白在共混材料中的应用
• 1.4 羧甲基壳聚糖简介
• 1.4.1 羧甲基壳聚糖的功能性质
• 1.4.2 羧甲基壳聚糖在共混材料中的应用
• 1.5 聚合物基纳米复合材料
• 1.5.1 纳米复合材料的定义
• 1.5.2 聚合物基纳米复合材料
• 1.6 课题意义和研究内容
• 第二章 淀粉纳米晶粒的制备及其性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 酸解淀粉的分散状态
• 2.3.2 X-射线衍射分析
• 2.3.3 透射电镜对淀粉纳米晶粒的形态表征
• 2.3.4 反应时间对淀粉纳米晶粒产率的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 淀粉纳米晶粒/大豆分离蛋白复合薄膜的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 复合薄膜的制备
• 3.2.4 成膜液粘度的测定
• 3.2.5 复合薄膜的表观性能表征
• 3.2.6 复合薄膜的力学性能表征
• 3.2.7 复合薄膜的阻隔性能的测定
• 3.2.8 复合薄膜的红外（FTIR）表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 成膜液的粘度
• 3.3.2 复合薄膜的表观性能
• 3.3.3 复合薄膜的力学性能
• 3.3.4 复合薄膜的阻隔性能
• 3.3.5 薄膜的红外（FTIR）表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 淀粉纳米晶粒/羧甲基壳聚糖复合薄膜的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器及设备
• 4.2.3 复合薄膜的制备
• 4.2.4 成膜液粘度的测定
• 4.2.5 复合薄膜的表观性能表征
• 4.2.6 复合薄膜的红外（FTIR）表征
• 4.2.7 复合薄膜的X－射线衍射测试
• 4.2.8 复合薄膜的扫描电子显微镜（SEM）表征
• 4.2.9 复合薄膜的力学性能表征
• 4.2.10 复合薄膜的阻隔性能的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 成膜液的粘度
• 4.3.2 复合薄膜的表观性能
• 4.3.3 复合薄膜的红外（FTIR）分析
• 4.3.4 复合薄膜的X－射线衍射分析
• 4.3.5 复合薄膜的表面形貌分析
• 4.3.6 复合薄膜的力学性能
• 4.3.7 复合薄膜的阻隔性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士期间发表论文