玉米化工醇工业中的重组分在可降解塑料中的应用开发

论文摘要

得到国家发展改革委员会2005年度重大项目支持的长春大成集团20万吨“用玉米原料制备乙二醇/丙二醇”的项目已于2007年10月试投产,这是我国第一条用可再生生物资源取代石油资源生产聚酯工业的二元醇原料的大规模工业化的生产线。其特点是由玉米淀粉得到山梨醇,再用加氢催化裂解的方法制得乙二醇/丙二醇/丁二醇等混合二元醇,不需精馏就能直接用作不饱和树脂的原料,成本很低,具有很高的经济价值。但这条生产线还剩下一个急待解决的“重组分”处理的问题:20万吨二元醇项目如全部投产将产出5万多吨重组分,这是一种含多种成分的、沸点在240℃以上的棕褐色粘稠液体。这种重组分的处理技术现在国际上也没解决。本文为长春大成集团提供一种实用的技术,将原先作为废料的重组分用做可降解淀粉塑料的增塑剂,既降低了塑化淀粉的成本,又开拓了重组分应用的新领域。为使20万吨二元醇项目顺利投产,本项目得到上海市2006年度支持振兴东北工业项目资助。本文首先完成了对重组分组成的测试,然后分别研制了几种装置对重组分进行预处理。经比较提出了一种易于实现工业化的经济实用的重组分预处理工艺。处理后的重组分粘度变小、颜色变为橙黄色。接着,本文利用了重组分中含有约16%的丙三醇,约20%的各种二元醇的特点,将未处理的重组分与甘油的混合物用作淀粉的复合增塑剂,通过改变甘油和重组分的比例,在哈克转矩流变仪中进行密炼机共混实验,实现淀粉的热塑化,制得一系列热塑性淀粉。利用扫描电镜、热分析仪等分析仪器研究了热塑性淀粉的微观形态、热学性能、吸水性能,初步考察重组分对淀粉塑化效果的影响,并找出较合适的复合塑化剂的配比用于制备淀粉基复合塑料。然后将淀粉、复合增塑剂和可生物降解聚酯——Ecoflex用双螺杆挤出机熔融共混挤出,制备不同淀粉含量的淀粉基生物可降解复合塑料。并研究随着淀粉含量的增加,淀粉基复合塑料的微观结构、热力学性能、机械力学性能和耐水性能等各方面性能的变化规律。研究表明:第一,重组分是极其复杂的不稳定有机液体,将其逐一分离已不可能,但可以通过处理将其变成稳定的有机液体;第二,重组分不能单独用作淀粉的增塑剂,过多的重组分会使淀粉降解,重组分与甘油以3∶7的质量比组成的复合增塑剂可以有效地塑化淀粉,使热塑性淀粉塑料的综合性能达到最佳;第三,淀粉含量在45%以下的淀粉基复合塑料表现出良好的性能。本文提出:经加少量酸,少量双氧水,高频电解、强磁场处理后的重组分,与一定量的甘油混合,也可以作为淀粉基塑料的复合增塑剂;再与Ecoflex等可生物降解聚酯熔融共混,可制得性能较好的可降解塑料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 淀粉的结构和特点
• 1.2.1 淀粉的化学结构
• 1.2.2 淀粉的特点
• 1.3 淀粉基塑料制备的基本原理
• 1.3.1 淀粉的塑化原理
• 1.3.2 淀粉基复合塑料的制备原理
• 1.4 淀粉基塑料的研究现状
• 1.4.1 淀粉基塑料的发展历史
• 1.4.2 热塑性淀粉的研究现状
• 1.4.3 淀粉基塑料的研究现状
• 1.5 几种重要的淀粉基完全生物降解塑料的研究现状
• 1.5.1 淀粉/聚己内酯（PCL）可生物降解塑料的研究
• 1.5.2 淀粉/乙烯与乙烯醇共聚物（EVOH）共混物的研究
• 1.5.3 淀粉/聚乙烯醇（PVA）共混物的研究
• 1.5.4 淀粉/聚乳酸（PLA）共混物的研究
• 1.6 重组分的来历及性质
• 1.6.1 重组分的来历
• 1.6.2 重组分的性质
• 1.7 重组分应用于淀粉基塑料的前景展望
• 1.8 本课题的意义和主要内容
• 1.8.1 本课题的研究意义
• 1.8.2 本课题的主要内容
• 1.8.3 本课题的创新点
• 参考文献
• 第二章 玉米基重组分的预处理工艺研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 实验内容
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 重组分的成分分析和性质
• 2.3.2 重组分的几种预处理方法
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 淀粉的塑化
• 3.1 前言
• 3.2 实验药品及仪器
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验操作
• 3.3.1 塑化淀粉的原料配比
• 3.3.2 塑化淀粉的制备
• 3.4 塑化淀粉的表征
• 3.4.1 扫描电镜测试（SEM）
• 3.4.2 差示扫描量热仪测试（DSC）
• 3.4.3 热失重分析仪测试（TGA）
• 3.4.4 耐水性能测试
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 微观形貌分析——扫描电镜（SEM）
• 3.5.2 热性能分析
• 3.5.3 热塑性淀粉的耐水性研究
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 淀粉基塑料—TPS/Ecoflex的制备与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验药品及仪器
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 淀粉基塑料TPS/Ecoflex的制备
• 4.3.1 原料的配比
• 4.3.2 实验操作
• 4.4 测试与表征
• 4.4.1 扫描电镜微观结构表征（SEM）
• 4.4.2 热学性能表征
• 4.4.3 流变性能表征
• 4.4.4 力学性能表征
• 4.4.5 耐水性能测试
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 两相微观结构分析
• 4.5.2 热学性能分析
• 4.5.3 流变性能研究
• 4.5.4 力学性能研究
• 4.5.5 耐水性能研究
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 读研期间论文发表情况