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热塑性淀粉的制备及其结构与性能的研究

作　者: 张同心
导　师: 包建军
学　校: 四川大学
专　业: 材料学
关键词: 热塑性淀粉塑化聚乙烯醇共混无机纳米粒子复合材料
分类号: TS236.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

淀粉是一种十分重要的天然高分子，具有来源广泛、价格低廉和可生物降解等优点，是制备生物可降解材料的理想原料。天然淀粉以淀粉粒的形式存在，具有很高的结晶度(20～45％)。淀粉分子之间氢键作用强，限制了分子链的运动，因此淀粉不具备热塑性加工的性能。通过添加小分子的增塑剂，在热和剪切的作用下可制备热塑性淀粉材料。但是，热塑性淀粉的力学性能和耐水性能较差，限制其作为材料使用。目前，大量的研究工作都集中在改善热塑性淀粉的力学性能和耐水性能上。本文使用转矩流变仪，在增塑剂的存在下制备了热塑性淀粉。通过DSC、XRD、SEM对天然淀粉的塑化机理进行了研究。结果表明，淀粉的塑化是热、剪切和增塑剂共同作用的结果，不能简单的考虑其中一种因素的作用。以水和甘油为增塑剂制备的TPS，其拉伸强度随甘油用量增加而降低，断裂伸长率增加，随甘油用量增加材料的吸水性增强。为了提高热塑性淀粉的性能，使用甲酰胺和己内酰胺为复配增塑剂制备了TPS/PVA共混材料。研究了增塑剂和PVA的种类、用量对共混材料的结构和性能的影响。研究表明：己内酰胺用量过多会导致TPS/PVA在拉伸时发白，损害共混材料的断裂伸长率；PVA的添加能有效地改善热塑性淀粉的力学性能，TPS的断裂伸长率提高的尤为明显；TPS/PVA的吸水性会随PVA用量的增加而增加；醇解度不同的PVA与淀粉的共混效果有明显的区别，DSC、DMTA和SEM的测试结果表明PVA1795与淀粉的混合效果最好。尽管PVA有效地改善了TPS的力学性能，但是TPS/PVA的力学性能和耐水性能依然不尽如人意。使用壳聚糖、水溶性PVA对蒙脱土进行了插层改性，XRD结果显示，只有水溶性的PVA略微增加了蒙脱土的层间距。通过添加纳米二氧化硅、蒙脱土和竹纤维制备了TPS/PVA基复合材料。研究了复合材料的力学性能、流变性能和吸水性能。结果表明，在熔融制备TPS/蒙脱土复合材料过程中，蒙脱土的层间距进一步扩大，而TPS/PVM蒙脱土复合材料中的蒙脱土层间距没有变化；添加少量二氧化硅和蒙脱土能够提高TPS/PVA的力学性能，表面改性后的二氧化硅减少了粒子间的团聚，对聚合物基体力学性能的提高幅度最大；复合材料的加工性能良好，纳米粒子和竹纤维的添加使聚合物熔体的非牛顿性增加，对剪切速率的依赖性增强；吸水性能显示，蒙脱土、二氧化硅能明显提高TPS的耐水性。本文的研究结果为进一步研究热塑性淀粉材料，制备综合性能优异的生物降解材料提供了理论和实践基础。

热塑性淀粉的制备及其结构与性能的研究

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