聚乳酸/醋酸淀粉薄膜的制备及性能研究

论文摘要

本文针对传统塑料包装产品容易产生的环境污染等问题,研究了以聚乳酸和淀粉为主要原料的可降解聚乳酸/醋酸淀粉薄膜材料,旨在探讨聚乳酸与淀粉的相容性及其最佳配比,期望能够将该可降解性复合薄膜材料应用于日常的包装材料。聚乳酸是一种性能优异的生物高分子材料,具有良好的生物相容性、生物降解性和可吸收性,来源于可再生资源,在外界条件下降解成水和二氧化碳,对人体无害无毒,是一种具有很大发展潜力的可降解材料。但聚乳酸本身也存在着不足,主要是原料价格昂贵,产品硬脆,缺乏韧性等,限制了其广泛应用。将聚乳酸与价格低廉的淀粉共混可以大大降低生产成本,早期的研究曾将聚乳酸与淀粉直接共混,但聚乳酸与淀粉之间存在着严重的相分离,两者属于热力学不相容体系,共混材料的力学性能下降明显。为了增加聚乳酸与淀粉的相容性,本文首先对淀粉进行改性后制备了醋酸淀粉,SEM结果显示,醋酸淀粉与聚乳酸之间的相容性增加,醋酸淀粉颗粒在聚乳酸基体中分散性好;TG测试结果显示,聚乳酸/醋酸淀粉共混体系的热稳定性明显高于聚乳酸/淀粉共混体系。为了提高复合薄膜的力学性能,并能得到聚乳酸与醋酸淀粉的最佳配比,本文选择了三类不同的增塑剂来改善聚乳酸/醋酸淀粉共混体系的性能:1.环保型增塑剂——乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC),研究发现ATBC能够有效地增加共混体系中各组分的相容性,随着ATBC含量的增加,体系的相界面变得模糊,颗粒粒径变小,力学测试结果发现,当ATBC含量达到20%时,体系的断裂伸长率达到最大,为31.85%,但当ATBC增大到30%时,拉伸强度下降至最低;2.分子量分别为400和1000的PEG为增塑剂,结果表明,PEG能够增加复合薄膜的断裂伸长率,拉伸强度相对于ATBC增塑的共混体系有所提高,且小分子量的PEG更容易渗透到聚乳酸和醋酸淀粉内部,形成较强的相互作用,提高了体系的稳定性;3.通过上述确定PEG最佳比例,进一步研究了复合体系中醋酸淀粉与聚乳酸的相对含量,寻求最佳配比,结果显示,当醋酸淀粉含量不大于15%时,复合薄膜的力学性能相对较好;4.大分子量的聚氧化乙烯不仅能够提高复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率,还可以提高薄膜的储能模量,降低其玻璃化转变温度,提高了共混材料的可塑性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 可降解生物材料
• 1.2.1 可降解生物材料的定义和特点
• 1.2.2 可降解生物材料的分类
• 1.2.3 可降解生物材料的应用前景
• 1.3 聚乳酸（PLA）--新型可降解包装材料
• 1.3.1 聚乳酸的结构与性能
• 1.3.1.1 聚乳酸基本性质
• 1.3.1.2 聚乳酸的降解性能
• 1.3.1.3 聚乳酸的力学性能
• 1.3.2 聚乳酸的合成与改性
• 1.3.2.1 聚乳酸的合成方法
• 1.3.2.2 聚乳酸的改性研究
• 1.3.3 聚乳酸的应用
• 1.3.3.1 工农业生产、生活领域的应用
• 1.3.3.2 生物医学领域的应用
• 1.4 淀粉
• 1.4.1 淀粉的结构与性能
• 1.4.2 改性淀粉
• 1.4.3 改性淀粉应用
• 1.5 聚乳酸/淀粉共混材料
• 1.5.1 聚乳酸/淀粉共混材料研究进展
• 1.5.2 聚乳酸/淀粉共混材料发展前景
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 柠檬酸三丁酯对聚乳酸/醋酸淀粉薄膜性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 试样的制备
• 2.3 性能测试及分析
• 2.3.1 改性淀粉取代度的测定
• 2.3.2 红外吸收光谱（FTIR）
• 2.3.3 扫描电镜测试（SEM）
• 2.3.4 力学性能测试
• 2.3.5 热失重分析（TG）
• 2.3.6 动态力学测试（DMA）
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 淀粉取代度度的测定
• 2.4.2 红外光谱分析
• 2.4.3 复合薄膜的微观形态分析
• 2.4.4 复合膜的力学性能
• 2.4.5 热重分析
• 2.4.6 复合薄膜的DMA 分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚乙二醇对聚乳酸/醋酸淀粉薄膜性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 试样的制备
• 3.3 性能测试及分析
• 3.3.1 扫描电镜测试（SEM）
• 3.3.2 力学性能测试
• 3.3.3 热分析（TG）
• 3.3.4 动态力学测试（DMA）
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 复合薄膜的微观形态分析
• 3.4.2 力学性能
• 3.4.3 热失重分析
• 3.4.4 复合薄膜的DMA 分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 醋酸淀粉含量对聚乳酸/醋酸淀粉复合膜性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 试样的制备
• 4.3 性能测试及分析
• 4.3.1 扫描电镜测试（SEM）
• 4.3.2 力学性能测试
• 4.3.3 热分析（TG）
• 4.3.4 动态力学测试（DMA）
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 复合薄膜的微观形态分析
• 4.4.2 复合薄膜的力学性能
• 4.4.3 热分析
• 4.4.4 复合薄膜的DMA 分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 聚氧化乙烯增塑聚乳酸/醋酸淀粉薄膜的性能影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 薄膜的制备
• 5.3
• 5.3.1 扫描电镜测试（SEM）
• 5.3.2 力学性能测试
• 5.3.3 热分析（TG）
• 5.3.4 动态力学测试（DMA）
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 复合薄膜的微观形态分析
• 5.4.2 力学性能
• 5.4.3 热失重分析
• 5.4.4 复合薄膜的DMA 分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢