热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的制备、表征及性能研究

论文摘要

塑料产业的发展,为人类社会的进步做出了巨大的贡献,但石油资源有限,不可再生,且近年来价格暴涨；在环境中较难自然降解,造成的环境污染日趋严重,因此寻求塑料的替代品势在必行。聚乳酸在很多方面与PET相似,可降解,被认为是食品包装领域石油基塑料的主要替代品,而淀粉价格便宜,可再生,具有完全的生物相容性和生物降解性。将淀粉与聚乳酸共混来制备生物降解材料,不仅可降低聚乳酸的成本,还可以提高其降解性能,但这种共混体系的最主要问题是亲水性的淀粉颗粒与疏水性的聚乳酸的界面作用力弱。为了提高淀粉颗粒与聚乳酸的相容性,本研究用水和甘油作为淀粉的复合增塑剂以改善其分散性,用聚乙二醇不仅增塑聚乳酸,而且改善热塑性淀粉与聚乳酸的界面作用力。在捏合机中用一步挤出法制得共混材料。主要结论如下：1,热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的制备及工艺优化(1)通过单因素实验,得到甘油增塑淀粉的最佳比例为30%,淀粉塑化温度为80℃,聚乙二醇的最适含量为10%,环氧树脂最适含量为3%,PHB的最适含量为4%,硬脂酸含量为2%。由于淀粉含量影响着共混材料的性能与成本,综合考虑,淀粉的含量取为30%。(2)用正交设计法优化了共混材料片材的压制工艺,通过对实验结果进行方差分析,得到最佳的片材压制工艺条件：热压温度为170℃,成型时间8min,压力25MPa。2,共混材料的转矩流变性能研究(1)热塑性淀粉/聚乳酸共混材料是假塑性流体,呈现“剪切变稀”的行为,在连接有密炼机的转矩流变仪中转矩出现峰值后由于熔融、压缩、剪切及热作用下迅速下降并达到平衡。(2)转子转速对共混体系的流变性能影响较大,PEG含量为10%时,共混体系的平衡扭矩最小,淀粉与甘油对共混体系的流变性能影响不显著。3,聚乙二醇改性纳米二氧化硅,超声波分散,熔融共混制备改性纳米二氧化硅／热塑性淀粉/聚乳酸共混材料。(1)本研究用钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅,改性剂的最佳含量为2.5%,改性温度为60℃,改性时间为80min。(2)用聚乙二醇400分散改性纳米二氧化硅,最佳含量为8%,超声波分散最适时间为25min。(3)通过熔融共混法制备改性纳米二氧化硅/热塑性淀粉/聚乳酸共混材料,研究了纳米二氧化硅对共混材料物理性能的影响,结果表明：添加纳米二氧化硅不仅能够明显的增强共混材料的力学性能,还能改善共混材料的吸水性能、增塑剂迁移率、水蒸气透过率、水蒸气透过系数及降解性能。纳米二氧化硅的最适含量为2.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1 热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的研究现状
• 1.1 可生物降解高分子材料应用现状
• 1.2 淀粉在可生物降解高分子材料中的应用
• 1.3 聚乳酸的应用概况
• 1.4 淀粉/聚乳酸共混材料研究现状
• 2. 转矩流变仪在高分子材料研究中的应用概况
• 3. 纳米粒子增强共混材料的研究现状
• 4. 本研究的目的、意义及主要内容
• 4.1 本研究的目的与意义
• 4.2 本研究的主要内容
• 第二章 热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的制备及性能研究
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料与试剂
• 1.2 仪器
• 1.3 实验方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 淀粉含量对共混材料物理性能的影响
• 2.2 甘油含量对共混材料性能的影响
• 2.3 PEG含量对共混材料性能的影响
• 2.4 淀粉的塑化改性温度对共混材料物理性能的影响
• 2.5 其它加工助剂对共混材料物理性能的影响
• 3. 本章小结
• 第三章 共混材料片材工艺优化及性能研究
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料与试剂
• 1.2 仪器
• 1.3 实验方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 共混材料片材压制工艺条件优化
• 2.2 热塑性淀粉/聚乳酸共混材料性能研究
• 本章小结
• 第四章 淀粉-聚乳酸共混材料转矩流变性能研究
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料与试剂
• 1.2 仪器
• 1.3 实验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 共混材料在转矩流变仪中的流变行为
• 2.2 共混体系流体类型的判别
• 2.3 正交试验结果与分析
• 3 本章小结
• 第五章 纳米二氧化硅增强淀粉-聚乳酸共混材料的研究
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料与试剂
• 1.2 仪器
• 1.3 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 纳米二氧化硅的改性效果分析
• 2.2 纳米二氧化硅分散稳定性分析
• 2.3 纳米二氧化硅对热塑性淀粉/聚乳酸共混材料力学性能的影响
• 2.4 纳米二氧化硅对热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的吸水性能的影响
• 2.5 纳米二氧化硅对热塑性淀粉/聚乳酸共混材料的增塑剂迁移率的影响
• 2.6 共混材料的水蒸气透过率和水蒸气透过系数
• 2.7 共混材料的降解性能
• 3 本章小结
• 参考文献
• 致谢