PBAT淀粉生物降解塑料的制備及其應用

1、常 州 大 學畢業(yè)設(shè)計（論文）前期材料（2016屆）學 生 李文 學 號 12402215 學 院 材料學院 專業(yè)班級 高分子122 題 目 pbat/淀粉生物降解塑料的制備及其應用 類 別 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文 校內(nèi)指導教師 鄒國享 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 材 料 目 錄序號名 稱數(shù)量備注1畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書12文獻綜述（設(shè)計類）或開題報告（論文類）13外文翻譯（封面、譯文、原文）2二一六年一月常 州 大 學畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（2016屆）題 目 pbat/淀粉生物降解塑料的制備及其應用 學 生 李文 學 院 材料學院 專 業(yè) 班 級 高分子122 校內(nèi)指導教師 鄒國享 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講

2、師 二一六年一月題目：pbat/淀粉生物降解塑料的制備及其應用一 前言1 課題研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1 研究的意義現(xiàn)今以聚乙烯(pe)為代表的 石油基塑料產(chǎn)生的“白色污染”日益嚴重，急需一種可降解的材料來替代石油基塑料。而作為一種完全生物降解塑料，聚對苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇共聚酯 (pbat)的加工性能良好，但其成本偏高，無法滿足市場的要求。淀粉來源廣泛，成本較低，將pbat與淀粉進行共混復合可以大大降低材料的成本。一方面，pbat是對苯二甲酸、 己二酸和1,4 丁二醇的三元共聚酯， 能夠被微生物降解為水和二氧化碳，由于其生物可降解性受學者們的廣泛關(guān)注和研究。天然淀粉是

3、一種來源廣泛、 價格低廉的多羥基化合物，其鄰近分子間多以氫鍵相互作用形成微晶結(jié)構(gòu)的完整顆粒 。由于氫鍵的作用，使得天然淀粉的熔融溫度高于降解溫度， 難以加工。通過將天然淀粉按不同配比與水和多元醇等增塑劑混合， 利用高剪切力和高溫破壞淀粉的微晶， 使大分子無序線性排列， 就可以使原天然淀粉具有熱塑性。另一方面，淀粉具有品種繁多、來源豐富且價格便宜的特點, 常見有玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和木薯淀粉等。 而且淀粉又易受微生物侵蝕, 并能為微生物提供養(yǎng)分, 因此淀粉在生物降解材料的研究中倍受關(guān)注。 然而由于淀粉是一種多羥基化合物, 分子間以氫鍵相互締合成為淀粉顆粒, 加熱無熔融過程, 300以上分解。 其

4、分子內(nèi)包含了晶態(tài)和無定形態(tài)的非均相物質(zhì), 一般結(jié)晶度較大, 結(jié)晶度最低也在 19%左右, 這樣高結(jié)晶度的淀粉的熔點太高, 因此分解溫度往往低于熔融溫度。 因此天然淀粉不具有熱塑性, 在實際中根本無法加工, 所以需要破壞其高結(jié)晶性, 使淀粉的塑化成為可能。本實驗通過添加甘油和水等增塑劑對淀粉進行塑化, 經(jīng)過塑化后, 淀粉分子間的氫鍵作用被削弱破壞, 分子鏈的擴散能力提高, 材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低 。 因此在分解前實現(xiàn)了微晶的熔融, 由雙螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)線團構(gòu)象, 從而使淀粉具備了熱塑性加工的可能性, 熱塑性淀粉的加工溫度范圍在 120 220。 再將塑化后的淀粉與 pbat 在雙螺桿擠出機上

5、進行共混, 可得到一種新的淀粉填充改性的生物可降解塑料。這種生物可降解塑料可以制成塑料制品或者薄膜, 是一種環(huán)境友好型材料, 具有很廣闊的應用前景。2014年12月，吉林省已出臺禁塑令，規(guī)定在全省范圍內(nèi)，禁止生產(chǎn)和銷售一次性不可降解塑料購物袋和塑料餐具。國內(nèi)包括江蘇在內(nèi)的其它省份也在討論禁塑的方式和時機，在未來的幾年內(nèi)會有省份加入禁塑行列。因此開發(fā)符合未來標準的可降解材料具有重要意義。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢生物降解材料的定義是指在細菌、 真菌、 藻類等自然存在的微生物的作用下， 通過化學、 物理或生物作用而降解或分解的高分子材料。近年來，兼?zhèn)浞咀寰埘?yōu)異的生物降解性能和芳香族聚酯優(yōu)異

6、的力學性能的脂肪族/芳香族共聚酯(cpes)開始成為學術(shù)界和工業(yè)界研究重點。這類共聚酯具有能與普通塑料相媲美的優(yōu)良物理性能和加工性能,同時其填充復合材料具有市場競爭力的價格優(yōu)勢和環(huán)境友好性， 可大量推廣應用于生物醫(yī)用、包裝、 薄膜等一次性使用場合。例如巴斯夫公司的 “ecoflex” 材料應用于包裝領(lǐng)域， 在歐美和日本至今已廣泛應用于購物袋、 農(nóng)膜等。關(guān)于聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯 （pbat）的填充改性研究已有較多報道。肖運鶴、 寧平等使用超細碳酸鈣、 淀粉填充pbat， 并研究了復合材料的力學性能、 熱性能以及兩組分的相容性等。jirapa phosee等將稻殼硅(rhs)經(jīng)表面處理后用于

7、填充pbat共聚酯，并研究了硅烷偶聯(lián)劑(mps)以及rhs中無定形二氧化硅對復合體系的影響。kikkufukushima等用熔融共混法制備了層狀蒙脫土/pbat復合材料。chin-san wu采用馬來酸酐接枝pbat， 并用醋酸纖維素(ca)增強pbat和馬來酸酐接枝pbat(pbat-g-ma)， 研究了pbat-g-ma/ca的界面性能、 力學性能等。但是， 關(guān)于填充pbat復合材料的生物降解速率控制方面的研究未見報道。本實驗對填充pbat復合材料的水解性和生物降解性的影響因素進行了研究。2. 課題的研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題課題研究的目標： 聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（pbat）是

8、己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物和淀粉都是可再生的完全生物降解材料，本課題主要研究pbat與淀粉共混,并研究它們的流變性能、拉伸強度和拉伸韌性。研究目標是制備出可吹膜的完全生物降解材料。擬解決的關(guān)鍵問題是如何改善淀粉在pbat中的分散行為。課題研究的內(nèi)容：(1).熱塑性淀粉(tps)的制備(2). tps/pbat 復合材料的制備(3).tps/pbat 復合材料的結(jié)構(gòu)表征(4).tps/pbat 復合材料的性能測試(5).tps/pbat 復合材料的形態(tài)表征二、研究路線、方法和擬使用的主要儀器、藥品研究路線、方法，擬使用的主要儀器、藥品（1） 擬使用的主要儀器雙螺桿擠出機，注射成型

9、機，電子萬能拉力機，掃描電子顯微鏡（2) 擬使用的主要原料玉米淀粉（原淀粉、甲氧基淀粉、變性淀粉和氧化淀粉）、pbat（玻璃化溫度為-29,熔點為110-115,牌號為f bx 7011），由巴斯夫公司提供(3) 研究方法（4） 性能測試1.熔體流動儀測mrf熔融指數(shù)(mi)是一種評估平均分子質(zhì)量的參數(shù)，其大小反比于熔體粘度。換句話說,熔融指數(shù)越高,在測試條件下聚合物越易流動。了解聚合物的熔融指數(shù)對預測和控制反應過程來說是至關(guān)重要的。一般來說,高熔融指數(shù)的聚合物可用于吹塑,而熔融指數(shù)較低的聚合物可用于注塑或擠出過程?？墒褂萌垠w流動儀測定熔融指數(shù)。2.萬能拉伸機測試力學性能動態(tài)力學性能是溫度的函

10、數(shù),可在三點彎曲模式下用dma試驗機(型號為q800, 美國熱分析儀器公司)測定。樣本大小是6010 3.9毫米,可在溫度為160壓力為3mpa下使用平板硫化機壓縮3分鐘制備。測試是在單懸臂彎曲模式下進行的，頻率為3.33赫茲，應力為2 n,對應的最大振幅為30微米。測試溫度范圍從30到120。標準升溫速率為3.0 /分鐘。3.sem測形成結(jié)構(gòu)聚合物共混物的性能與其形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對共混物性能的考察離不開對共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究。sem 是一種很好地分析共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法， 它可以對共混材料的相結(jié)構(gòu)進行直觀地定性描述， 用所看到的相分布狀態(tài)、 兩相粘結(jié)情況、 分散顆粒大小等信息來解釋共混物相

11、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。4.其他測試（如吸水量）在室溫下，將模制樣品(尺寸為1010 4毫米)浸泡在水中。隔一段時間取出樣品,用紙巾把樣品表面上多余的水輕輕檫去,并 記錄樣品重量。按一定時間間隔多次重復上述過程。吸水率可通過下面的公式計算:=（mx-mo）/mo1 00% mx表明在第x天時樣品的重量；mo表示樣品的起始重量；表示吸水率。三、作者已進行的準備及資料搜集情況對相關(guān)資料進行了查詢，學習并了解了生物降解塑料的性能及應用，在了解和學習的過程中，我查詢了多篇相關(guān)的文獻和書刊，對課題進行了深入的研究，希望日后在實驗的基礎(chǔ)上，與指導老師經(jīng)常進行探討，并完成此課題；實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。四、

12、階段性工作計劃與預期研究成果周次工 作 內(nèi) 容檢 查 方 式1-2調(diào)研，查閱文獻，整理資料查原始記錄本3-4外文翻譯，整理，撰寫開題報告查原始記錄本和翻譯資料、開題報告5-15實驗工作、畢業(yè)實習查原始記錄本及實驗記錄數(shù)據(jù)；實習報告、實習記錄16-17整理與分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫畢業(yè)論文初稿查數(shù)據(jù)分析和論文初稿17撰寫論文，準備答辯畢業(yè)論文18畢業(yè)答辯答辯五、參考文獻1. 張愛迪，德潤，朱香利，等.生物降解高分子材料研究應用進展j.化工新型材料，2011, 32(12): 36-39.2. .李彥磊，陳復生，劉昆侖，等.可生物降解材料及其評價方法研究進展j.化工新型材料，2013, 41(3): 8

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