淀粉/PBS共混改性及降解塑料的制备与性能研究

论文摘要

传统的由人工合成高分子制备的塑料制品,在生产和生活中得到了广泛的应用,包括了包装材料、覆盖薄膜、温室建筑,从工业领域到农业领域等均有应用。然而这些传统塑料的广泛应用带来了一系列的问题,以石油为基础合成的高分子材料造成的严重的环境污染,迫切需要研制对环境友好的可再生资源作为基础的材料。玉米淀粉由于资源丰富,价格低廉,被广泛地应用于化工、医药和食品等领域,是有望实现这一目标的非常具有前景的材料。合成脂肪族聚酯,由于其杰出的经济性和生物降解性,现如今已成为了国内外的生物降解高分子材料研究的热点之一。其中聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种典型的半晶体的热塑性树脂,有着优异的生物降解性能和力学性能,可以有很广的应用领域,因此有重要的研究价值而备受青睐。本课题是以开发一种完全生物降解的热塑性淀粉（TPS）共混改性PBS高分子材料为研究目的,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、傅立叶红外光谱（FTIR）、对复合粒子的微观形貌和结构性能进行了表征。同时通过对所制备的试样的力学性能以及流变性能和相关的热性能等测量,再通过正交实验等相关对比方法分析讨论玉米原淀粉的塑化以及TPS加入对PBS改性材料各方面性能的影响,并采用土埋法来检测了TPS/PBS改性材料的生物降解性。采用宏观性能与微观机理相结合的研究方法,通过对比不同配方所得的TPS的流变性能、外观颜色、成型后的韧性、微观形貌、回生性能、热稳定性、以及所制备试样的力学性能来确定最终的塑化配方,最终发现用甲酰胺、甘油和尿素作为复合增塑剂所制备的TPS的性能效果较好。通过对比不同的偶联剂处理的共混材料,我们发现铝酸酯偶联剂L-3Z处理后的共混材料（TPS含量为15%的时候）的拉伸强度达到22.04Mpa,断裂伸长率达到86.75%,弹性模量0.12Gpa,定应力伸长率1.28%。改性前PBS的力学性能为：拉伸强度28.179Mpa,弹性模量0.165Gpa,定应力伸长率0.627%,断裂强度24.11Mpa。所制备的共混材料表现出了良好的韧性,特别是断裂伸长率有很大的提高,达到应用的要求。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物降解高分子材料的简介
• 1.2.1 生物降解高分子材料的定义
• 1.2.2 生物降解高分子材料的分类
• 1.2.3 生物降解高分子材料的降解机理
• 1.3 热塑性淀粉（TPS）
• 1.3.1 淀粉的结构、性质简介
• 1.3.2 TPS的合成方法与研究现状
• 1.3.3 TPS塑料的生产现状与应用
• 1.4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）
• 1.4.1 PBS的结构、性质简介
• 1.4.2 PBS的合成方法
• 1.4.3 PBS的研究及应用情况
• 1.5 热塑性聚氨酯（TPU）
• 1.6 课题研究的背景和意义
• 1.7 本论文的主要工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验设备和仪器
• 2.2 实验所用主要原料
• 2.3 TPS的制备
• 2.3.1 TPS的制备工艺
• 2.3.2 不同增塑剂制备TPS
• 2.3.3 复合增塑剂制备TPS
• 2.4 共混工艺流程
• 2.4.1 模压试样的制备
• 2.4.2 标准试样的制备
• 2.5 TPS/PBS共混改性材料的制备
• 2.5.1 实验配方设计
• 2.5.2 共混改性材料加工工艺及试样制备
• 2.6 正交试验
• 2.7 性能测试
• 2.7.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.7.2 X射线衍射分析（XRD）
• 2.7.3 差示扫描量热法（DSC）
• 2.7.4 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 2.7.5 试样的力学性能测试
• 2.7.6 转矩流变仪测试
• 2.7.7 熔体流动速率（MFR）测试
• 2.7.8 邵氏硬度测试
• 2.7.9 生物降解性能测试
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 淀粉和基体树脂的选择
• 3.1.1 淀粉的选择
• 3.1.2 基体树脂的选择
• 3.2 塑化方法、偶联剂、TPU的选择
• 3.2.1 塑化方法的选择
• 3.2.2 偶联剂的选择
• 3.2.3 热塑性聚氨酯的选择
• 3.3 工艺方法对PBS性能的影响
• 3.4 TPS的分析讨论
• 3.4.1 TPS扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3.4.2 TPSX射线衍射（XRD）分析
• 3.4.3 TPS傅立叶红外光谱（FTIR）分析
• 3.5 TPS/PBS共混改性材料的结果讨论
• 3.5.1 共混改性材料扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3.5.2 共混改性材料差示扫描量热法（DSC）分析
• 3.5.3 共混改性材料力学性能分析
• 3.5.4 共混改性材料邵氏硬度分析
• 3.6 正交试验分析讨论
• 3.7 共混改性材料降解性能分析讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文