微細化淀粉在熱塑性生物降解塑料中的應用研究

2019-01-06 16:42:20 83
本文轉載自網絡:  淀粉化學品微細化淀粉在熱塑性生物降解塑料中的應用鉆研吳俊,謝筆鉤(華中農業大學食品科技系,湖北武漢430070)結果標明,微細化交聯淀粉的均勻粒徑可以抵達3m.經偶聯劑解決,微細化交聯淀粉的疏水性得到進步。以此微細化交聯淀粉為原料制備的熱塑性生物降解塑料在淀粉質量分數高達40%的同時,拉伸強度達62.3MPa斷裂伸長率為289%,48h質量吸水率為031%.在120d內該塑料土埋生物降解率抵達50%以上。

  生物降解塑料品種眾多,就目前而言,淀粉基塑料產量占首位,而尤以玉米淀粉填充型塑料為主。通常這種塑料中淀粉質量分數低于30%,否則不能保障塑料強度。有標明淀粉粒度(通常以粒徑表示)關于淀粉塑料的力學性能起著非常重要的作用。為此,作者以玉米淀粉為原料,對其交聯改性,而后微細化解決,所得的微細化交聯淀粉與可生物降解的聚酯PX共混壓延片材。測試片材的材料特性,結果顯示在較高淀粉質量分數下(40%)該片材仍具有優異的力學性能。作者旨在報道微細化淀粉基熱塑性生物降解塑料的制備及其性能特點,為有效進步淀粉基熱塑性生物降解塑料的強度摸索可行的計劃。

  1實驗1.1試劑與儀器級品;三偏磷酸鈉,化學純;鋁酸酯偶聯劑,化學純。LWF―350型氣流粉碎機(河北廊坊通用機械廠)MB― 1型球磨機(日本DALTON公司)。

  1.2辦法1.2.1淀粉的交聯改性及其微細化(淀粉)=40%的淀粉乳。添加w(三偏磷酸鈉)=3%,使pH=9,于50°0攪拌反饋90min,抽濾、水洗至pH=6,枯燥,氣流粉碎機粉碎,得交聯淀粉(Cross-linkedstarch,CST)稱取部分交聯淀粉,以無水乙醇為介質,于均應枯燥至w(H2O)=1%. 1.2.2偶聯劑解決CST與FCST稱取一定量的鋁酸酯偶聯劑,別離倒入CST與FCST中,w(鋁酸酉旨)=26%,分2~3次參與95°0條件下于高速加熱混合機中快速攪拌反饋30min,枯燥,冷卻,得偶聯劑活化的CST和FCST;二者別離與聚酯PX混合,使m(淀粉)m(PX)=23:。均參與w(復合增塑劑)=5.6%,w(助溶劑EAA)=5.4%和w(聚乙烯蠟)=0.5%,復合增塑劑為V(乙二醇)。(丙三醇)=1. 0.5.別離將此二混合體系在密煉機中于140~155C輥煉,熔融,經過四輥壓延機壓延成厚度為1mm的CST片材和FCST片材,備用。

  2結果與探討2.1粒徑及其散布3型電子顆粒測定儀別離測定CST與FCST的粒度及其散布,結果如表1.表1 CST與FCST粒徑散布淀粉品種散布率/%均勻粒徑/"m由表1可見,經過球磨,交聯淀粉的粒度有顯著下降。

  他9期―/ 2.2紅外光譜表征A中,3100~3700cm1處強而寬的峰歸屬原淀粉分子0―H伸縮振動和羥基氫鍵締合后的特征吸收峰,B與C在該波數處吸收峰明顯變窄變弱,表征淀粉羥基被交聯,氫鍵遭到毀壞;此外,B與C中,在1500~1540cmd均呈現了弱的吸收峰,此歸屬為交聯基團的特征吸收峰;B與C均在1730cm1呈現鋒利的C=0伸縮振動吸收峰,在1000~1300cmd處有C一0―C伸縮振動吸收峰,此二處吸收峰均比原淀粉的紅外吸收峰明顯,而且以C曲線中此二峰最為鋒利,由此判斷,經過交聯與偶聯劑活化,CST與FCST分子中有酯基生成,而且FCST中酯基生成量比CST多。由紅外圖譜可推斷,CST與FCST的親水性相對原淀粉都有所降低,親酯性進步,FCST尤為突出。起因在于,FCST的粒徑比CST小得多,因此FCST的比外表積明顯增大,使其有更多的羥基可以與偶聯劑反饋,疏水性進步,并具備良好的親酯性,從而進步了改性淀粉的分散性以及與聚酯PX的相容性。

  2.3耐水性CST片材,這與紅外光譜表征的結果是一致的。

  2.4力學性能5按照GB/T1040―90塑料拉伸實驗辦法以及GB/T1043―93塑料落球沖擊實驗辦法,于25°C下,應用L拉力實驗機和CEYL―1000落球式沖擊實驗機別離測試此二種片材的拉伸強度,斷裂伸長率以及落球沖擊后試樣50%被毀壞的毀壞能E50,結果如表3.表3 CST'與FCST片材力學性能測試CST片材FCST片材縱向拉伸強度/MPa橫向拉伸強度/MPa斷裂伸長率/%注:溫度25 C,拉伸速度50表3顯示,FCST片材相關于CST片材具有優異的材料力學性能。前面曾經探討過,經過球磨機微細化的交聯淀粉領有更多的外表羥基與偶聯劑反饋,從而改善了其與聚酯PX的相容性,進步了材料的強度。

  2.5熔融指數(MI)測定熔融指數(MI)表征熱塑性聚合物熔體的活動性。按照GB/T3682―89熱塑性塑料熔融指數實驗辦法,別離將CST片材與FCST片材枯燥后恒重,放入25 C去離子水中浸泡,定時取出,吸干外表水分后稱取質量,計算吸水率。結果見表2.表2 CST片材與FCST片材的質量吸水率浸泡工夫1 CST吸水率/ FCST吸水率/材的吸水率遠遠小于CST片材。至48h時,FCST片材的,質量吸水率a僅為水性明顯優WishingHouse.All圖gitsree嚀丨1照片/ww.cnki.net、4標明,FCST片材外表均勻,致密,沒有明顯的淀粉粒;而CST片材則外表粗糙,有大塊淀粉粒且散布不均。這闡明微細化改性淀粉可以更好地與聚酯PX共混相容,造成均勻間斷的共混體系。2.7土埋生物降解失重稱取雷同質量CST與FCST片材,埋于土壤下10cm處,置于造就箱中,溫度30°C,相對濕度55%~60%定期取出稱其質量,結果如。

  由可見,土埋前期CST片材比FCST片材降解速度快,而75d后,FCST片材的降解速率明顯加快,至120d,FCST片材的失重率達50%以上,大于CST片材。可以如此解釋此種現象:在淀粉基生物降解塑料中,通常以淀粉最先降解解而且降解速度最快。在CST片材中,改性淀粉以較大顆粒與聚酯PX聯合,招致其極易被土壤微生物作為碳源利用,大量改性淀粉的降解使CST片材在土埋初期失重迅速,至后期,CST片材中以PX為主,微生物對PX利用率比淀粉低,降解速率自然減慢;而在FCST片材中,微細化的改性淀粉領有極大的比外表積,外表活化能高,從而與聚酯PX造成均勻致密的互相浸透構造,這種構造一方面減緩了改性淀粉的降解,另一方面,可能是細化改性淀粉打斷了部分PX鏈段,從而加快了PX的降解速率,所以在120d內,FCST片材總體生物降解結果優于CST片材。

  3結論通過對淀粉的交聯改性和偶聯劑活化解決,可以降低淀粉的親水性,進步其親酯性,細化至均勻粒徑3m左右的交聯淀粉,由于外表效應暴露出更多羥基與偶聯劑反饋,使其疏水性和親酯性遠遠優于未曾細化的改性淀粉,從而與可生物降解的聚酯PX相容性更好。

  微細化工藝的采納使淀粉基熱塑性生物降解塑料片材在進步淀粉含量的前提下具有優異的耐水性和力學性能,熔體活動性也大為改觀,有效改善該塑料的物理性能,并且其總體生物降解速度也顯著進步,充分顯示了微細化交聯淀粉在制備生物降解塑料方面的優越性。

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