PBAT淀粉生物降解塑料的制備及其應(yīng)用

1、常 州 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期材料（2016屆）學(xué) 生 李文 學(xué) 號(hào) 12402215 學(xué) 院 材料學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 高分子122 題 目 pbat/淀粉生物降解塑料的制備及其應(yīng)用 類 別 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 校內(nèi)指導(dǎo)教師 鄒國享 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 材 料 目 錄序號(hào)名 稱數(shù)量備注1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書12文獻(xiàn)綜述（設(shè)計(jì)類）或開題報(bào)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（2016屆）題 目 pbat/淀粉生物降解塑料的制備及其應(yīng)用 學(xué) 生 李文 學(xué) 院 材料學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 高分子122 校內(nèi)指導(dǎo)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(yīng)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(yán)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(jìn)行共混復(fù)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(xué)者們的廣泛關(guān)注和研究。天然淀粉是

3、一種來源廣泛、 價(jià)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(jià)格便宜的特點(diǎn), 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(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)通過添加甘油和水等增塑劑對淀粉進(jìn)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(kuò)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(shí)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(tuán)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(jī)上

5、進(jìn)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(yīng)用前景。2014年12月，吉林省已出臺(tái)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(shí)機(jī)，在未來的幾年內(nèi)會(huì)有省份加入禁塑行列。因此開發(fā)符合未來標(biāo)準(zhǔn)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(xì)菌、 真菌、 藻類等自然存在的微生物的作用下， 通過化學(xué)、 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(xué)性能的脂肪族/芳香族共聚酯(cpes)開始成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究重點(diǎn)。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(shí)其填充復(fù)合材料具有市場競爭力的價(jià)格優(yōu)勢和環(huán)境友好性， 可大量推廣應(yīng)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(yīng)用于包裝領(lǐng)域， 在歐美和日本至今已廣泛應(yīng)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(bào)道。肖運(yùn)鶴、 寧平等使用超細(xì)碳酸鈣、 淀粉填充pbat， 并研究了復(fù)合材料的力學(xué)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(fù)合體系的影響。kikkufukushima等用熔融共混法制備了層狀蒙脫土/pbat復(fù)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(qiáng)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(xué)性能等。但是， 關(guān)于填充pbat復(fù)合材料的生物降解速率控制方面的研究未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)對填充pbat復(fù)合材料的水解性和生物降解性的影響因素進(jìn)行了研究。2. 課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題課題研究的目標(biāo)： 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(qiáng)度和拉伸韌性。研究目標(biāo)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(fù)合材料的制備(3).tps/pbat 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征(4).tps/pbat 復(fù)合材料的性能測試(5).tps/pbat 復(fù)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(jī)，注射成型

9、機(jī)，電子萬能拉力機(jī)，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(diǎn)為110-115,牌號(hào)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(dòng)儀測mrf熔融指數(shù)(mi)是一種評(píng)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(dòng)。了解聚合物的熔融指數(shù)對預(yù)測和控制反應(yīng)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(dòng)儀測定熔融指數(shù)。2.萬能拉伸機(jī)測試力學(xué)性能動(dòng)態(tài)力學(xué)性能是溫度的函

10、數(shù),可在三點(diǎn)彎曲模式下用dma試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)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(jī)壓縮3分鐘制備。測試是在單懸臂彎曲模式下進(jìn)行的，頻率為3.33赫茲，應(yīng)力為2 n,對應(yīng)的最大振幅為30微米。測試溫度范圍從30到120。標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(shí)間間隔多次重復(fù)上述過程。吸水率可通過下面的公式計(jì)算:=（mx-mo）/mo1 00% mx表明在第x天時(shí)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(jìn)行的準(zhǔn)備及資料搜集情況對相關(guān)資料進(jìn)行了查詢，學(xué)習(xí)并了解了生物降解塑料的性能及應(yīng)用，在了解和學(xué)習(xí)的過程中，我查詢了多篇相關(guān)的文獻(xiàn)和書刊，對課題進(jìn)行了深入的研究，希望日后在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與指導(dǎo)老師經(jīng)常進(jìn)行探討，并完成此課題；實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。四、

12、階段性工作計(jì)劃與預(yù)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(xiàn)，整理資料查原始記錄本3-4外文翻譯，整理，撰寫開題報(bào)告查原始記錄本和翻譯資料、開題報(bào)告5-15實(shí)驗(yàn)工作、畢業(yè)實(shí)習(xí)查原始記錄本及實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)；實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)記錄16-17整理與分析實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備答辯畢業(yè)論文18畢業(yè)答辯答辯五、參考文獻(xiàn)1. 張愛迪，德潤，朱香利，等.生物降解高分子材料研究應(yīng)用進(jìn)展j.化工新型材料，2011, 32(12): 36-39.2. .李彥磊，陳復(fù)生，劉昆侖，等.可生物降解材料及其評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展j.化工新型材料，2013, 41(3): 8

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