可降解玉米淀粉膜的制备与研究论文

1、 项目编号 ycx1306 大学生实践创新训练计划项目论文项目名称：可降解玉米淀粉膜的制备与性能研究 项目负责人：杨家栋 学号：06111130 项目所属系 化工与制药工程系 项目参加者： 杨家栋 （学号：06111130） 张林丽 （学号：06111212） 黄琦 （学号：06111213） 林嘉威 （学号：06111127）项目指导教师：陆瞿亮 项目验收时间 2014年5月 可降解玉米淀粉膜的制备与性能研究杨家栋 张林丽 黄琦 林嘉威东南大学成贤学院摘要：通过淀粉与聚乙烯醇的共混制备可降解淀粉膜。并研究了加入的马来酸酐、硝酸铝、硝酸镁、尿素、碳酸钙以及淀粉和聚乙烯醇的量对其吸水性、降解能力

2、、力学性能的影响。结果表明，尿素和硝酸铝的加入对薄膜的拉伸强度及吸水倍率都有明显的提高。关键词：淀粉 聚乙烯醇 降解 吸水倍率 力学性能 简介：由于“白色污染”等环境问题日益严重，威胁到了人们赖以生存的生活环境。多数高分子材料很难被微生物降解，是由于增塑剂、 稳定剂、填充剂等低分子物质发生分解造成的1。而淀粉作为自然界丰富的可再生资源，它无毒无害，可以完全降解。但由于淀粉本身的结构的因素，其稳定性，强度等不是很好。因而通过其改性制得可发生微生物降解的淀粉膜可改善这种状况2。聚乙烯醇主链上含有大量羟基，与淀粉具有一定的相似性，通过加入马来酸酐等交联剂使其分子间作用加大。且聚乙烯醇的强度和吸水性都

3、较为理想3。实验部分：一、实验用主要原料淀粉：兴化市味宝调味食品有限公司；聚乙烯醇（PVA）：聚合度 1750，化学纯，国药集团化学试剂有限公司； 马来酸酐：国药集团化学试剂有限公司； 硝酸铝：上海新宝精细化工厂；碳酸钙：国药集团化学试剂有限公司；丙三醇：广州市金华大化学试剂有限公司。2、 制作过程第一部分：2.1.聚乙烯醇（PVA）混合物膜淀粉和PVA复合。 通过水浴加热至80oC聚乙烯醇溶解蒸馏水中制得PVA溶液。同时，通过水浴加热至80oC淀粉溶解蒸馏水中制得淀粉溶液，再将PVA溶液和淀粉溶液混合，维持在80oC并保持搅拌90分钟至淀粉糊化。加入马来酸酐，硝酸铝（硝酸镁、碳酸钙）、丙三醇

4、、尿素等在80oC温度下持续搅拌90分钟，制成混合糊浆。最后将糊浆在80oC烘箱中烘干，制成约0.2厘米厚的薄膜 。组别PVA/g淀粉/g马来酸酐/g硝酸铝/g硝酸镁/g碳酸钙/g丙三醇/g尿素/g12410000022003044620.50.1000.10.0558200.10610200.1表一：实验配方2.2.检测方法2.2.1 红外检测对每个薄膜取1cm×1cm的大小进行红外检测。2.2.2.吸水倍率取相同大小的薄膜，在pH值为2.29，9.7，12.37的情况下，经0，20，40，60，80，100min后测定样品的吸水倍率。并按下式计算样品的吸水率： 式中, W 为吸水

5、率; 为干膜质量; 为湿膜质量。2.2.3.降解能力的检测取一个大小适合的盆，并加入新鲜泥土。再把所制得薄膜（质量为）埋入其中，每隔一周取出烘干称重（质量为）。其计算公式为： 式中C1为干膜质量，C2为薄膜在土壤中放置一段时间后的质量。2.2.4.力学性能的测试将制得的膜剪成长方形小块，在试验速度为100mm/min下每组测试两次，取平均值。2.3.结果与讨论2.3.1.红外检测及分析通过以上配方制得6组产品膜，并对其红外检测，得到图一。 图一分析：在1729cm-1的时候，纯淀粉膜和纯PVA膜都没有出现吸收峰，而其他四个出现了明显的吸收峰，这是羰基吸收峰，说明淀粉和PVA已经发生酯化反应；1

6、019cm-1 和 1227cm-1是-C-O吸收峰；760cm-1：糖苷环振动吸收；3276cm-1 和 1650cm-1：羟基的振动吸收；可以得出结论：淀粉和聚乙烯醇之间可能形成了氢键。2.3.2吸水倍率的测试机分析 图二：1号薄膜吸水倍率 图三：2号薄膜吸水倍率 图四：3号薄膜吸水倍率 图五：5号薄膜吸水倍率 图六：6号薄膜吸水倍率分析：在pH值为2.29，9.7，12.37的情况下，经0，20，40，60，80，100min后测定样品的吸水倍率。从实验数据分析可知：4号样品在酸性条件下的吸水倍率最小，5号样品在碱性条件下的吸水倍率最小。2.3.3.降解能力的检测本实验通过埋土法对淀粉膜

7、进行降解能力的检测：将6份样品埋入同一土层中，并每隔一周将它们从土中挖出，清洗干净后并烘干称重，对比他们的降解能力。经一个月测量后，得到下图。 图七：1号膜降解率 图八：2号膜降解率 图九：3号膜降解率 图十：4号膜降解率 图十一：5号膜降解率 图十二：6号膜降解率 分析：从实验数据可知，随着时间的增长，薄膜质量都一定程度的发生改变，且越来越小。纯淀粉和纯PVA膜的降解能力较差，在加入马来酸酐、硝酸铝和硝酸镁后降解能力得到了提高，其中硝酸铝对于降解能力的提高最为明显，为42%。2.4.结论通过以上6组产品的红外检测、吸水率及降解能力的分析。挑选出酯化程度较高，降解率较高，吸水倍率较小的薄膜为第

8、5组产品。改变该薄膜原料的配比，进行第二部分的操作。增强淀粉分子和PVA分子主链间的作用，改善膜的降解能力，提高力学性能，研究其结构特征。第二部分：3.1.产品制作以第5组的配方，改变原料的配比（见表四）制得不同的降解膜。组别PVA/g淀粉/g马来酸酐/g硝酸铝/g丙三醇/g尿素/g1440.50.10.10.0524634846258261027648849104表二3.2.拉伸性能的测试从所制得的膜中，选取成模性较好的2、5、7、8、9组进行拉伸测试实验。拉伸测试组别实验速度mm/min厚度mm宽度mm长度 mm拉伸强度MPa伸长率 %峰值 N21000.614.663.487.47964

9、.91000.6213.8867.226.87559.351000.715.3660.441449151.51000.5814.257.6617.96614871000.7416.0444.2410.38710.381000.5813.0655.5425.674194.31000.6414.2868.7416.675152.2200.5412.6459.2218.684127.3200.710.862.5214.275108.150.717.8851.3815.586195.291000.4612.2454.668.29446.31000.5813.6657.43.89130.3表三根据表三的

10、测试数据按拉伸强度、伸长率、峰值制得如下图： 图十三：依次为拉伸强度、伸长率、峰值分析：对比图十三可以发现第8组的拉伸强度最大，第5组次之，第9组的最小。其原料配比为淀粉4g，聚乙烯醇8g，马来酸酐0.5g，硝酸铝0.1g，丙三醇0.1g,尿素0.05g。3、 结论通过淀粉和聚乙烯醇的共混，并加入交联剂制得降解薄膜。其中尿素和硝酸铝的使用，能够大幅度地降低薄膜的吸水率，同时提高材料的降解能力，力学性能也可得到很大的改善。淀粉和聚乙烯醇配比为1:2时，拉伸强度最大。实验所得最佳配方为：淀粉4g，聚乙烯醇8g，马来酸酐0.5g，硝酸铝0.1g，丙三醇0.1g,尿素0.05g时，薄膜的性能最好。四、参考文献1 熊汉国，吴俊，卢金