可降解玉米淀粉膜的制備與研究論文

1、 項(xiàng)目編號(hào) ycx1306 大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目論文項(xiàng)目名稱：可降解玉米淀粉膜的制備與性能研究 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：楊家棟 學(xué)號(hào)：06111130 項(xiàng)目所屬系 化工與制藥工程系 項(xiàng)目參加者： 楊家棟 （學(xué)號(hào)：06111130） 張林麗 （學(xué)號(hào)：06111212） 黃琦 （學(xué)號(hào)：06111213） 林嘉威 （學(xué)號(hào)：06111127）項(xiàng)目指導(dǎo)教師：陸瞿亮 項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)間 2014年5月 可降解玉米淀粉膜的制備與性能研究楊家棟 張林麗 黃琦 林嘉威東南大學(xué)成賢學(xué)院摘要：通過(guò)淀粉與聚乙烯醇的共混制備可降解淀粉膜。并研究了加入的馬來(lái)酸酐、硝酸鋁、硝酸鎂、尿素、碳酸鈣以及淀粉和聚乙烯醇的量對(duì)其吸水性、降解能力

2、、力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，尿素和硝酸鋁的加入對(duì)薄膜的拉伸強(qiáng)度及吸水倍率都有明顯的提高。關(guān)鍵詞：淀粉 聚乙烯醇 降解 吸水倍率 力學(xué)性能 簡(jiǎn)介：由于“白色污染”等環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，威脅到了人們賴以生存的生活環(huán)境。多數(shù)高分子材料很難被微生物降解，是由于增塑劑、 穩(wěn)定劑、填充劑等低分子物質(zhì)發(fā)生分解造成的1。而淀粉作為自然界豐富的可再生資源，它無(wú)毒無(wú)害，可以完全降解。但由于淀粉本身的結(jié)構(gòu)的因素，其穩(wěn)定性，強(qiáng)度等不是很好。因而通過(guò)其改性制得可發(fā)生微生物降解的淀粉膜可改善這種狀況2。聚乙烯醇主鏈上含有大量羥基，與淀粉具有一定的相似性，通過(guò)加入馬來(lái)酸酐等交聯(lián)劑使其分子間作用加大。且聚乙烯醇的強(qiáng)度和吸水性都

3、較為理想3。實(shí)驗(yàn)部分：一、實(shí)驗(yàn)用主要原料淀粉：興化市味寶調(diào)味食品有限公司；聚乙烯醇（PVA）：聚合度 1750，化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； 馬來(lái)酸酐：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； 硝酸鋁：上海新寶精細(xì)化工廠；碳酸鈣：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙三醇：廣州市金華大化學(xué)試劑有限公司。2、 制作過(guò)程第一部分：2.1.聚乙烯醇（PVA）混合物膜淀粉和PVA復(fù)合。 通過(guò)水浴加熱至80oC聚乙烯醇溶解蒸餾水中制得PVA溶液。同時(shí)，通過(guò)水浴加熱至80oC淀粉溶解蒸餾水中制得淀粉溶液，再將PVA溶液和淀粉溶液混合，維持在80oC并保持?jǐn)嚢?0分鐘至淀粉糊化。加入馬來(lái)酸酐，硝酸鋁（硝酸鎂、碳酸鈣）、丙三醇

4、、尿素等在80oC溫度下持續(xù)攪拌90分鐘，制成混合糊漿。最后將糊漿在80oC烘箱中烘干，制成約0.2厘米厚的薄膜 。組別PVA/g淀粉/g馬來(lái)酸酐/g硝酸鋁/g硝酸鎂/g碳酸鈣/g丙三醇/g尿素/g12410000022003044620.50.1000.10.0558200.10610200.1表一：實(shí)驗(yàn)配方2.2.檢測(cè)方法2.2.1 紅外檢測(cè)對(duì)每個(gè)薄膜取1cm1cm的大小進(jìn)行紅外檢測(cè)。2.2.2.吸水倍率取相同大小的薄膜，在pH值為2.29，9.7，12.37的情況下，經(jīng)0，20，40，60，80，100min后測(cè)定樣品的吸水倍率。并按下式計(jì)算樣品的吸水率： 式中, W 為吸水率; 為干膜

5、質(zhì)量; 為濕膜質(zhì)量。2.2.3.降解能力的檢測(cè)取一個(gè)大小適合的盆，并加入新鮮泥土。再把所制得薄膜（質(zhì)量為）埋入其中，每隔一周取出烘干稱重（質(zhì)量為）。其計(jì)算公式為： 式中C1為干膜質(zhì)量，C2為薄膜在土壤中放置一段時(shí)間后的質(zhì)量。2.2.4.力學(xué)性能的測(cè)試將制得的膜剪成長(zhǎng)方形小塊，在試驗(yàn)速度為100mm/min下每組測(cè)試兩次，取平均值。2.3.結(jié)果與討論2.3.1.紅外檢測(cè)及分析通過(guò)以上配方制得6組產(chǎn)品膜，并對(duì)其紅外檢測(cè)，得到圖一。 圖一分析：在1729cm-1的時(shí)候，純淀粉膜和純PVA膜都沒(méi)有出現(xiàn)吸收峰，而其他四個(gè)出現(xiàn)了明顯的吸收峰，這是羰基吸收峰，說(shuō)明淀粉和PVA已經(jīng)發(fā)生酯化反應(yīng)；1019cm-

6、1 和 1227cm-1是-C-O吸收峰；760cm-1：糖苷環(huán)振動(dòng)吸收；3276cm-1 和 1650cm-1：羥基的振動(dòng)吸收；可以得出結(jié)論：淀粉和聚乙烯醇之間可能形成了氫鍵。2.3.2吸水倍率的測(cè)試機(jī)分析 圖二：1號(hào)薄膜吸水倍率 圖三：2號(hào)薄膜吸水倍率 圖四：3號(hào)薄膜吸水倍率 圖五：5號(hào)薄膜吸水倍率 圖六：6號(hào)薄膜吸水倍率分析：在pH值為2.29，9.7，12.37的情況下，經(jīng)0，20，40，60，80，100min后測(cè)定樣品的吸水倍率。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：4號(hào)樣品在酸性條件下的吸水倍率最小，5號(hào)樣品在堿性條件下的吸水倍率最小。2.3.3.降解能力的檢測(cè)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)埋土法對(duì)淀粉膜進(jìn)行降解能力

7、的檢測(cè)：將6份樣品埋入同一土層中，并每隔一周將它們從土中挖出，清洗干凈后并烘干稱重，對(duì)比他們的降解能力。經(jīng)一個(gè)月測(cè)量后，得到下圖。 圖七：1號(hào)膜降解率 圖八：2號(hào)膜降解率 圖九：3號(hào)膜降解率 圖十：4號(hào)膜降解率 圖十一：5號(hào)膜降解率 圖十二：6號(hào)膜降解率 分析：從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，薄膜質(zhì)量都一定程度的發(fā)生改變，且越來(lái)越小。純淀粉和純PVA膜的降解能力較差，在加入馬來(lái)酸酐、硝酸鋁和硝酸鎂后降解能力得到了提高，其中硝酸鋁對(duì)于降解能力的提高最為明顯，為42%。2.4.結(jié)論通過(guò)以上6組產(chǎn)品的紅外檢測(cè)、吸水率及降解能力的分析。挑選出酯化程度較高，降解率較高，吸水倍率較小的薄膜為第5組產(chǎn)品。改

8、變?cè)摫∧ぴ系呐浔?，進(jìn)行第二部分的操作。增強(qiáng)淀粉分子和PVA分子主鏈間的作用，改善膜的降解能力，提高力學(xué)性能，研究其結(jié)構(gòu)特征。第二部分：3.1.產(chǎn)品制作以第5組的配方，改變?cè)系呐浔龋ㄒ?jiàn)表四）制得不同的降解膜。組別PVA/g淀粉/g馬來(lái)酸酐/g硝酸鋁/g丙三醇/g尿素/g1440.50.10.10.0524634846258261027648849104表二3.2.拉伸性能的測(cè)試從所制得的膜中，選取成模性較好的2、5、7、8、9組進(jìn)行拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)。拉伸測(cè)試組別實(shí)驗(yàn)速度mm/min厚度mm寬度mm長(zhǎng)度 mm拉伸強(qiáng)度MPa伸長(zhǎng)率 %峰值 N21000.614.663.487.47964.91000

9、.6213.8867.226.87559.351000.715.3660.441449151.51000.5814.257.6617.96614871000.7416.0444.2410.38710.381000.5813.0655.5425.674194.31000.6414.2868.7416.675152.2200.5412.6459.2218.684127.3200.710.862.5214.275108.150.717.8851.3815.586195.291000.4612.2454.668.29446.31000.5813.6657.43.89130.3表三根據(jù)表三的測(cè)試數(shù)據(jù)按拉

10、伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、峰值制得如下圖： 圖十三：依次為拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、峰值分析：對(duì)比圖十三可以發(fā)現(xiàn)第8組的拉伸強(qiáng)度最大，第5組次之，第9組的最小。其原料配比為淀粉4g，聚乙烯醇8g，馬來(lái)酸酐0.5g，硝酸鋁0.1g，丙三醇0.1g,尿素0.05g。3、 結(jié)論通過(guò)淀粉和聚乙烯醇的共混，并加入交聯(lián)劑制得降解薄膜。其中尿素和硝酸鋁的使用，能夠大幅度地降低薄膜的吸水率，同時(shí)提高材料的降解能力，力學(xué)性能也可得到很大的改善。淀粉和聚乙烯醇配比為1:2時(shí)，拉伸強(qiáng)度最大。實(shí)驗(yàn)所得最佳配方為：淀粉4g，聚乙烯醇8g，馬來(lái)酸酐0.5g，硝酸鋁0.1g，丙三醇0.1g,尿素0.05g時(shí)，薄膜的性能最好。四、參考文獻(xiàn)1 熊漢國(guó)，吳俊，盧金