淀粉聚乳酸共混材料的制备及力学性能的研究(共27页)

1、论文题目PAGE 18湖南工业大学本科毕业设计（论文）PAGE - 8 -（2014届）本科毕业设计(shj)（论文）资料题目名称：淀粉/聚乳酸共混材料的制备及力学性能的研究学院（部）：专业：学生姓名：班级：学号：指导教师姓名：职称：职称：最终评定成绩：湖南工业(gngy)大学教务处xxxxxxxx大学(dxu)本科毕业论文(b y ln wn)（设计）诚信声明本人(bnrn)郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目淀粉/聚乳酸共混材料的制备及力学性能的研究是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计

2、）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。作者签名：（此处连同下面的日期用手写）日 期： 年 月 日湖南工业大学本科毕业设计（论文）PAGE 34PAGE IV 摘 要淀粉、聚乳酸都是可降解生物(shngw)材料，淀粉(dinfn)价格低廉，具有良好的生物(shngw)相容性和生物降解性。聚乳酸价格贵通过将淀粉聚乳酸共混来降低生产成本，共混体系中存在的是亲水性差的淀粉颗粒与疏水性的聚乳酸的共混界面作用力弱。因此对淀粉增韧改性是国内洋酒的重点。本文主要是对淀粉进行增韧改性，研究共混改性后对力学性能的影响。首先是制备不同含量的淀粉/聚乳酸共混材料，通过

3、双螺杆挤出机进行挤出、造粒，在通过注塑机将共混材料注塑成样条，对注塑的样条进行力学性能测试，检测其拉伸强度、断裂伸长率。选出性能做好的一组材料，得到最佳的加工工艺。研究结果表明：在淀粉/聚乳酸共混体系中，随着偶联剂与纳米二氧化硅的增加，共混体系出现了曲线形的变化，随着聚乳酸含量的增加断裂伸长率升高在降低，由此得到了偶联剂、纳米二氧化硅的最佳配比，淀粉与甘油含量的最佳配比。由力学性能得到淀粉材料通过改性后的力学性能优于没有改性前，有明显的断裂伸长率，缓解了全淀粉断裂伸长率低的特点。关键词：可降解材料；淀粉；聚乳酸；纳米二氧化硅ABSTRACTStarch, biological material

4、 is biodegradable poly (lactic acid) (PLA), starch price is low, has good biocompatibility and biodegradability. Polylactic acid expensive by starch blending with poly (lactic acid) (PLA) to reduce the cost of production, blending system is poor hydrophilicity of starch granules and hydrophobic forc

5、es weak blend of poly (lactic acid) (PLA) interface. Therefore the toughening modification of starch is the focus of foreign wine in China. This article is mainly to toughening modification of starch, study the effect of blending modification on mechanical properties. The first is the preparation of

6、 different content of starch/polylactic acid blend material, through the twin screw extruder extrusion and granulation, in through the injection molding machine will blend material injection into spline, spline with mechanics performance test of injection molding, testing the tensile strength, elong

7、ation at break. Choose the performance of a group of materials, the best processing technology.Research shows that the starch/polylactic acid blend system, with the increase of adding coupling agents and nano silicon dioxide, blending system appeared the change of the curve, with the increase of pol

8、ylactic acid content in the elongation at break increased in the lower, the resulting optimal formula of the coupling agent, nanometer silicon dioxide, the optimal proportion of starch and glycerol content. Of the modified starch can be obtained through the mechanical properties of materials by mech

9、anical performance is better than no before modification, elongation at break, obviously alleviate the whole starch characteristics of low elongation at break.Keywords: biodegradable materials; starch; polylactic acid; nano-silica目 录 TOC o 1-3 u 第1章 绪论(xln) PAGEREF _Toc388742190 h 11.1 引言(ynyn) PAGE

10、REF _Toc388742191 h 11.2 淀粉(dinfn)改性机理 PAGEREF _Toc388742192 h 11.3 淀粉的热塑性机理 PAGEREF _Toc388742193 h 21.3.1 淀粉塑化 PAGEREF _Toc388742194 h 21.3.2 物理增塑 PAGEREF _Toc388742195 h 31.3.3 化学增塑 PAGEREF _Toc388742196 h 31.4 聚乳酸的性能研究 PAGEREF _Toc388742197 h 31.5淀粉/聚乳酸的共混改性 PAGEREF _Toc388742198 h 41.6 纳米二氧化硅 P

11、AGEREF _Toc388742199 h 41.7 偶联剂的应用 PAGEREF _Toc388742200 h 51.8淀粉/聚乳酸加工工艺 PAGEREF _Toc388742201 h 51.9 本文的研究目的和意义 PAGEREF _Toc388742202 h 61.9.1 本文的研究目的 PAGEREF _Toc388742203 h 61.9.2 本文的研究内容 PAGEREF _Toc388742204 h 6第2章 实验部分 PAGEREF _Toc388742205 h 72.1 实验材料及仪器 PAGEREF _Toc388742206 h 72.1.1 实验材料 P

12、AGEREF _Toc388742207 h 72.1.2 实验仪器 PAGEREF _Toc388742208 h 72.2 实验方案 PAGEREF _Toc388742209 h 72.3 实验步骤 PAGEREF _Toc388742210 h 82.3.1 淀粉的塑化 PAGEREF _Toc388742211 h 82.3.2 淀粉的挤出 PAGEREF _Toc388742212 h 82.3.3 淀粉粒料的注塑 PAGEREF _Toc388742213 h 82.3.4 淀粉、聚乳酸共混材料成型加工 PAGEREF _Toc388742214 h 92.3.5 淀粉、聚乳酸、

13、偶联剂共混材料成型加工 PAGEREF _Toc388742215 h 92.3.6 淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅共混材料成型加工 PAGEREF _Toc388742216 h 102.4 样条的力学性能测试 PAGEREF _Toc388742217 h 10第三章 实验结果与讨论 PAGEREF _Toc388742218 h 123.1 淀粉力学性能测试 PAGEREF _Toc388742219 h 123.2 聚乳酸力学性能测试 PAGEREF _Toc388742220 h 133.3 淀粉、聚乳酸、不同含量偶联剂力学性能测试 PAGEREF _Toc388742221 h

14、 143.4 淀粉(dinfn)、偶联剂、不同含量聚乳酸力学性能测试 PAGEREF _Toc388742222 h 153.5 淀粉(dinfn)/聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅(r yng hu gu)力学性能测试 PAGEREF _Toc388742223 h 16结论 PAGEREF _Toc388742224 h 18参考文献 PAGEREF _Toc388742225 h 19致谢 PAGEREF _Toc388742226 h 21第1章 绪论(xln)1.1 引言(ynyn)塑料(slio)材料60年代开始盛行，同时作为最普通的材料普遍应于我们的生活中，塑料制品的出现推动了经济的

15、发展，但是传统的塑料制品的难降解性对土地的危害性很大，多数的传统塑料制品中含有污染性的物质，使得塑料制品的降解时间很长，一般来说一个塑料袋需要200年的时间才能分解，废弃在土壤中会影响农作物的生长，对动物的生存也构成威胁，废弃的塑料填埋在土壤中，使占据的土地无法正常的恢复，降解时间较长。在生产塑料制品的过程中会产生大量的二氧化碳，对大气污染严重。目前所用的最多的塑料制品有聚丙烯、聚乙烯等，因为石油资源的日益匮乏使得塑料制品也将越来越难制的。因此取代传统塑料制品的可降解材料的研究尤为重要，这就推动了实用性和经济性兼备的生物降解材料的发展1。使生物降解材料在后来的应用中奠定了基础，生物降解材料是土

16、壤中的微生物和酶的作用下降解的材料，通俗的讲，就是在一定的条件下能通过细菌、霉菌等微生物的作用下使生物降解的高分子材料。生物降解材料在微生物的分解下，完全的分解为CO2和H2O。所以说可降解材料就是材料被细菌等作用消化吸收进入到自然界循环利用的塑料及其制品。1.2 淀粉改性机理淀粉是葡萄糖的高聚物，是通过绿色植物经过光合做用由水和二氧化碳得到的产物，主要集中的存在于植物的种子、块根等植物的器官中。淀粉有直链和支链两种结构。支链淀粉为无分支的螺旋结构，通过直链淀粉和支链淀粉的结构可以看出直链淀粉能溶解于热水，支链淀粉只能在热水中膨胀，不溶于热水。直链淀粉的结构如图1.1，直链淀粉的结构如图1.2

17、所示。图1.1 直链淀粉的结构图1.2 直链淀粉(dinfn)的结构淀粉是有刚性的高分子材料，因其分子链中含有氢键其分子作用力很强，导致的是溶解性差，淀粉的熔点、玻璃化温度都要高于它的热分解温度，通过直接加热的方法无法(wf)观察它的熔融过程，纯淀粉不具备热加工性能。在制作塑料制品的过程中无法经行机械加工，淀粉的塑化改性尤为重要2。1.3 淀粉(dinfn)的热塑性机理淀粉本身有很强的氢键，致使了淀粉有很强的疏水性，将淀粉塑化后得到的热塑性淀粉材料的耐水性和力学性能较差，使得限制了它的应用范围，通过近几年的研究，在热塑性淀粉中加入增强体系能改善其力学性能和耐水性。增强体系在材料中起的是载荷的作

18、用3，再热塑性淀粉中用的最多的增强体系是有机纤维素和无机矿物质。淀粉的热塑性机理是使淀粉分子内和分子间的氢键无序化，这就需要向淀粉中加入小分子的增塑剂，本章主要是加入甘油作为增塑剂。在通过很强的剪切力的作用下渗透到淀粉分子之间，淀粉分子间和分子内氢键被增塑剂同淀粉之间的氢键所代替4，淀粉分子的活跃能力得到提高玻璃化转变温度降低，甘油作为增塑剂的加入破坏了淀粉的原始结晶状态，分子的无序化使得晶态变为非晶态，使得淀粉能够在分解前期经行熔融，淀粉就此表现出热塑性能。王佩璋5研究的热塑性淀粉所用的增塑剂可分为多元醇和胺基类，多元醇有乙二醇、甘油等。1.3.1 淀粉塑化由于淀粉中存在很强的氢键6，致使分

19、子间作用力很强，溶解性就很差，淀粉亲水但是不易溶于水7。干燥的淀粉的玻璃化温度及熔点都高于其热分解温度，对于淀粉来说直接加热没有熔融过程致使淀粉不具备热塑加工性能。无法进行热加工只有将其分子无序化以后才能进行热塑性加工，淀粉的塑化改性主要分为物理增塑和化学增塑两种方式8。1.3.2 物理(wl)增塑淀粉(dinfn)的物理增塑是通过机械力等物理手段来破坏淀粉的机构8。添加增塑剂、偶联剂等改性剂与淀粉(dinfn)发生反应，以来破坏淀粉结晶区环形结构，降低淀粉的刚性，使得塑性增强，提高了淀粉和塑料的相容性，来达到塑化改性。吴俊等9研究淀粉粒度降低可以改善共混体系的力学性能。1.3.3 化学增塑淀

20、粉的结构是以葡萄糖基组成的大分子型结构，柔韧性差，玻璃化温度高，淀粉分子中的氢键和羟基决定了它的化学性质，淀粉改性可通过官能团反应改性，酯化、接枝共聚等，通过加入小分子增塑剂，能够达到降低熔融温度的特点10。使淀粉具有聚合物加工特性，而易与聚合物共混熔融加工制备出新型的有价值的材料。1.4 聚乳酸的性能研究图1.3 聚乳酸的结构聚乳酸（PLA）11是合成直链脂肪族聚酯，它的结构如图1.3所示。50年代初杜邦公司通过纯化丙交酯聚合得到了高分子量的聚乳酸，60年代初高分子量的聚乳酸能在人体内降解，使得材料在医学领域有了开端。聚乳酸具有良好的生物可降解性，通过聚乳酸制得的产品除生物降解外，生物相容性

21、、透明度、耐热性能好。由于聚乳酸本身的结构具有如下的局限性使得限制了聚乳酸的应用，聚乳酸属于聚酯类物质致使它的疏水性、抗冲击性差和细胞的亲和性差。降低了它的生物兼容性降解周期较难控制，所得产物的相对分子质量分布过宽，韧性也相对较差，极易弯曲变形12价位高也限制了它的工业生产应用，淀粉同聚乳酸都是生物高分子通过聚乳酸与淀粉共混可以降低成本，通过对淀粉聚乳酸共混体系经行增容改性改善亲水性的淀粉与聚乳酸的相容性，聚乳酸与淀粉共混物呈现出两相连续状态，淀粉力学性能就能提高，受聚乳酸自身脆性高、冲击强度低的性质制约，沈一丁等 13研究将聚乳酸同用聚乙二醇改性后的淀粉共混可以在共混物中形成氢键，增强分子间

22、的相互作用力，提高聚乳酸的柔韧性。其中淀粉的加入量对聚乳酸的力学性能有明显影响，通过共混物的样品进行研究发现淀粉含量过大样品的拉伸强度下降，淀粉超过了50%，聚乳酸很难与之形成连续相，共混物的吸水性就会提高14。在共混体系中用甘油作为增塑剂，增强了混合物中体系中聚乳酸的结晶度，体系的相分离可使力学性能有明显的波动。通过添加偶联剂使淀粉与聚乳酸之间的界面张力降低，两相的结合力得到了增强，机械性能得到了提升，文章主要用增塑剂及偶联剂对聚乳酸32-33同淀粉共混材料进行改性，充分的研究它们对聚乳酸力学性能的影响，并确定最佳改性淀粉和聚乳酸共混的配方。1.5淀粉(dinfn)/聚乳酸的共混改性在可生物

23、降解领域内，聚酯性能优异但是成本都高，淀粉成本低性能差，两者共混体系(tx)的研究成为一个热点，将聚乳酸、聚己内酯等多种聚酯与淀粉共混做一定的研究15，聚己内酯以有一定(ydng)商业化产品，Novamont公司的Mate-BTM的Z系产品16，聚乳酸同淀粉的共混尚未有成熟的产品，聚乳酸材料的来源广泛、可再生，是最具有发展潜力的一类合成类聚酯。其与淀粉的共混也有很大的发展前景。20年代初，研究人员研究了淀粉的水份含量对聚乳酸的热力学和结晶度的影响，含水量高的淀粉在共混体系中发生凝胶糊化，加工条件对淀粉/聚乳酸的力学性能有很大的影响。将淀粉与聚乳酸共混，淀粉同不同含量的甘油进行塑化后在与聚乳酸进

24、行共混17，降低了淀粉的结晶度，甘油作为增塑剂增强了混合物中聚乳酸的结晶能力。体系中存在明显的相分离，力学性能明显下降。物理方法改善淀粉/聚乳酸共混体系具有更好的安全性。通过双螺杆挤出机对其进行塑化。1.6 纳米二氧化硅纳米二氧化硅是一种无毒、无污染的白色粉末状非金属功能性材料。加入到很多天然高分子材料中能都提高复合材料的力学性能18，纳米二氧化硅是应用最广泛的一类纳米材料，因其具有高强度、高刚性的特点，在材料研究领域得到了高度的重视，现在研究的方向一种是用二氧化硅为基础，通过改性剂对表面经行改性，接枝聚合物。另一种是通过聚合物为基础分别接枝改性剂和二氧化硅，至少要有两种反应的官能团，一边要与

25、二氧化硅的表面反应，另一边要与聚合物反应，和平生等19研究添加了少量的二氧化硅，淀粉/聚乳酸的拉伸强度先增加后下降，断裂伸长率是一直下降的，因其在热塑性淀粉和聚乳酸将形成了分子间作用力。纳米二氧化硅的增加使吸水率稍有上升，纳米二氧化硅是很具潜能的增强剂，不去改变工艺流程能使各项指标大幅度的提高。大量的研究证明，改性的纳米二氧化硅表面的碳碳双键与聚酯酸作用最强，氢键的作用其次，改性淀粉与聚酯酸聚合物的相容性很重要。因纳米复合材料综合了纳米无机粒子和有机聚合物的双重性能，所以广泛应用于光学、电学及杂化材料。在高温下有好的稳定性所以在生物医学等领域有着广泛的应用，其透光性、粒度小的特性应用于塑料制品

26、中。抗色素衰减的特点可以将其分散在橡胶中。复合纳米二氧化硅应用于生物医学领域中，可以制出纳米生物相容性好的人体器官和智能医疗器械等。通过在复合材料中添加适量的纳米增强体系可以使复合材料的力学性能有明显的提高，人们的环保意识的不断的提高中研发新型的环保型材料尤为重要，采用纳米二氧化硅对聚乳酸同淀粉共混物改性后所得产品无毒对环境无污染，是一个值得开发研究的系统。1.7 偶联剂的应用(yngyng)在我国已有20年的时间通过偶联剂来改性填料(tinlio)，偶联剂改性填料，既有物理变化又有化学反应20，要与材料加工中其他工艺技术环节相联系，才能使制品上有改性的反应。在添加偶联剂时必须先考虑到它与基本

27、树脂(shzh)的相容性。有机聚合物分子结构、形态和无机物不同，两种结构不相同的材料是不能结合在一起的，通过选用具有两性基团的偶联剂使之结合起来淀粉与聚乳酸共混中加入偶联剂能提高共混物的力学性能。在淀粉和聚乳酸共混中加入偶联剂现在的解决办法是通过特定官能团增容使力学性能得到改善。李勇锋等21介绍了钛酸四丁酯作为偶联剂增韧改性淀粉/聚乳酸共混材料，测试了材料力学性能、共混形态。结果表明共混材料的冲击强度提高了40.9%，而弯曲强度下降了59.2%，钛酸四丁酯的化学架桥作用增加了共混材料中聚乳酸与淀粉的相容。研究了作为偶联剂添加入混合物中对其的影响，本文选用的是硅烷偶联剂填充在淀粉/聚乳酸中通过共

28、混能大幅度的提高它的冲击强度、拉伸强度等。作为淀粉粉体改性离不开偶联剂，偶联剂的应用离不开粉体材料，填料的改性效果好坏都是偶联剂与粉体材料的良好结合的结果。本文研究硅烷偶联剂改性淀粉/聚乳酸共混物的性能。1.8淀粉/聚乳酸加工工艺双螺杆挤出机在高分子材料加工中应用于聚合物共混改性、反应挤出等几个方面。近几年以卧式挤出机的研究为主，为高分子加工过程提供重要的理论依据。淀粉/聚乳酸共混材料通过双螺杆挤出机对其进行加工，挤出机的应用能决定反应进程及产物结构的关键，针对内部不同功能结构原件的结构及螺杆的演变过程研究的甚少，在挤出机内物料沿螺杆的填充度也是一个研究的重点问题。在挤出加工中要注意的是各段的

29、温度控制，温度过低淀粉/聚乳酸的共混物不易熔融，温度过高共混物容易发生糊化，所以挤出机温度的控制是一个研究方向。共混物在捏合区的填充度并不是完全充满的，周光大等22通过挤出机挤出时共混体系在挤出腔内停留的时间对挤出材料的影响，得到挤出机反向的螺纹段比捏合块的填度高。两捏合区之间的螺纹输送区域停留时间长，对共混材料混合的能力就不理想。共混材料在两捏合区域之间的螺纹输送区域停留时间长共混的能力并不理想。喂料频率在淀粉/聚乳酸共混物挤出的过程中过高的喂料频率不利于共混物的挤出，还容易使螺杆的摩擦过大损坏螺杆，对淀粉/聚乳酸共混物在挤出机中通过将共混物挤出打成粒状物质通过注塑机对其进行注塑样条，对样条

30、经行力学性能测试。1.9 本文(bnwn)的研究目的和意义1.9.1 本文的研究(ynji)目的为了解决现在环境最重要的白色污染问题，通过使用天然的原料制造降解塑料，天然原料选用的是完全生物降解材料(cilio)，淀粉塑料的研究中，淀粉/聚乳酸塑料的制备成文一个热点，聚乳酸、淀粉都能通过环境中的微生物可以完全的降解生成水和二氧化碳，所以说淀粉/聚乳酸共混材料是完全的生物降解材料，使淀粉材料脱离加工难的困境。1.9.2 本文的研究内容(1) 由于淀粉难加工，需对其添加甘油进行塑化，对甘油含量、挤出机加热温度、挤出机的主机频率对淀粉进行热塑性塑化挤出，通过注塑机注塑成标准样条，测试其力学性能，得到

31、最佳的甘油和淀粉配比、挤出机的加热温度、挤出机的主机频率。(2) 用制备好的热塑性淀粉加入聚乳酸，调控挤出机温度、主机频率对淀粉/聚乳酸共混材料挤出，通过注塑机注塑成标准样条，测试力学性能，得到最好的淀粉和聚乳酸配比。(3) 在淀粉/聚乳酸共混的基础上加入纳米二氧化硅、偶联剂，通过调控挤出机的加工温度和主机频率，通过注塑机注塑成样条，测试力学性能，得到淀粉/聚乳酸同纳米二氧化硅、偶联剂的最佳配比。第2章 实验(shyn)部分2.1 实验(shyn)材料及仪器2.1.1 实验(shyn)材料本论文所用的实验所用的原料如表2.1。表2.1 实验材料材料生产厂家木薯淀粉甘油纳米二氧化硅聚乳酸（PLA

32、）偶联剂广西南宁金光有限公司广州恒宇化工有限公司（淀粉塑化阶段）鹏翔化工有限公司浙江海正生物股份有限公司/2.1.2 实验仪器本论文所用的主要仪器如表2.2。表2.2 实验器材器材名称型号生产厂家高混机SHR-10A张家港格兰机械有限公司电子天平/上海越平科学仪器有限公司双螺杆挤出机CET-35科倍隆科亚（南京）公司塑料注塑成型机HTF90WE宁波海天集团股份有限公司超声波清洗机SB-5200DTN宁波新芝生物科技股份有限公司微机控制电子万能（拉力）试验机CMT4104深圳新三思公司电热干燥箱CS1012ABX中国重庆银河实验仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱/上海跃进医疗器械厂2.2 实验方案(

33、1) 空白实验：用甘油含量为15%、20%、25%、30%、35%甘油分别塑化淀粉挤出、造粒和注塑并测试其的力学性能。(2) 将甘油含量为30%塑化的淀粉加入聚乳酸通过高混机共混，应用双螺杆挤出机挤出、造粒、注塑成样条。(3) 甘油(n yu)配比定位在30%，纳米(n m)二氧化硅量定位在1.5phr加入甘油中塑化淀粉(dinfn)挤出、造粒和注塑样条。(4) 甘油配比定位在30%，纳米二氧化硅定位在1.5phr，偶联剂DB-570量为1.2phr分别加入甘油中塑化淀粉并与PLA共混挤出、造粒和注塑测试其力学性能。(5) 甘油含量为30%加入偶联剂DB-570的定位1.2phr分别塑化淀粉与

34、PLA共混、造粒、注塑并测试样条的力学性能。2.3 实验步骤2.3.1 淀粉的塑化(1) 干燥淀粉，用盘子称装实验所需的淀粉放置于CS1012ABX型电热干燥箱内干燥24小时，避免淀粉中的水分对实验有影响。(2) 将干燥好的淀粉同配比分别为15%、20%、25%、30%、35%的甘油在SHR-10A高混机中混合均匀（全淀粉热塑性材料甘油含量指甘油重量与木薯淀粉的重量比），温度设定在40摄氏度（温度过高共混时会出水，对淀粉与甘油塑化会有影响）甘油分别三次加入，每隔十分钟加一次。表2.3 甘油塑化淀粉的含量组号淀粉含量甘油含量12345100份100份100份100份100份15份20份25份30

35、份35份(3) 将共混好的淀粉静置24小时。2.3.2 淀粉的挤出将塑化静置好的淀粉用双螺杆挤出机（CET-35）挤出造粒，设置的主机频率是2，由于粉料不易从料斗出料，通过手动的方法加料，经过多次试验的摸索，最后得出了一组最好的挤出甘油塑化淀粉的温度表2.4。表2.4 淀粉挤出温度甘油含量一区二区三区四区五区六区七区八区九区机头熔体15由于甘油含量少，加工条件达不到，没有挤出淀粉粒料。202530125130135140145150145140135150150351301351401451501551501451401551552.3.3 淀粉(dinfn)粒料的注塑将挤出造粒好的颗粒(kl

36、)使用塑料注塑成型机（HTF90WE）进行(jnxng)注塑，得到拉伸的实验样条，注塑机温度设置如表2.5表2.5 淀粉注塑温度甘油组分一区二区三区四区五区15%无料无法挤出20%25%30%15015516016516735%150155160165167注：主流道易堵塞，淀粉在主流道中炭化。2.3.4 淀粉、聚乳酸共混材料成型加工(1) 干燥淀粉、聚乳酸。聚乳酸的定位为20%用盘称取所需的材料置于100摄氏度的干燥箱中干燥24小时。(2) 先将淀粉与30%甘油用高混机共混，将共混好的淀粉静置24小时，在加入聚乳酸共混，将共混好的样条静置24小时，用双螺杆挤出机挤出造粒，淀粉/聚乳酸挤出温度

37、如表2.6。表2.6 淀粉/聚乳酸挤出温度PLA含量一区二区三区四区五区六区七区八区九区机头熔体20%145150155156160160155150145160155(3) 注塑机将造粒的粒料注塑成样条对样条进行力学性能测试，注塑机注塑温度如表2.7。表2.7 淀粉/聚乳酸注塑温度PLA组分一区二区三区四区五区20%1651751701651602.3.5 淀粉、聚乳酸、偶联剂共混材料成型加工(1) 干燥淀粉、聚乳酸，用盘子称取实验所需的淀粉置于80摄氏度的烘箱中干燥24小时。(2) 将干燥(gnzo)好的淀粉用30%的甘油(n yu)置于高混机中混合塑化，将共混好的材料静置24小时，分别(

38、fnbi)加入聚乳酸、偶联剂DB-570，偶联剂的定位为0.4%、0.8%、1.2%、1.4%在高混机中共混塑化，将塑化好的材料用双螺杆挤出机挤出、造粒，淀粉、聚乳酸、偶联剂的挤出温度如表2.8。表2.8 淀粉、聚乳酸、偶联剂挤出温度一区二区三区四区五区六区七区八区九区机头熔体135140145155160160155150140160155(3) 将造粒好的粒料用注塑机注塑成样条并对样条进行力学性能测试，淀粉、聚乳酸、偶联剂的注塑温度如表2.9。表2.9 淀粉、聚乳酸、偶联剂注塑温度一区二区三区四区五区165175170165160(4) 在实验中补充一组实验，在同种步骤的情况下将偶联剂换成

39、KH550，用双螺杆挤出机挤出、造粒，用注塑机将粒料注塑成样条，在挤出的过程中挤出的粒料表面不光滑，注塑的条件控制了多次都没能将粒料注塑成完整的样条，实验失败。2.3.6 淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅共混材料成型加工(1) 干燥淀粉、聚乳酸、纳米二氧化硅，称取实验所需的淀粉在80摄氏度的烘箱中干燥，(2) 用干燥好的淀粉与30%含量的甘油在高混机中共混塑化，将塑化好的材料静置24小时，将干燥的淀粉称量分成五组，将纳米二氧化硅添加在30%含量的甘油中利用超声波清洗机振荡，再利用SHR-10A温度设置在40摄氏度高混机内进行共混。分别加入聚乳酸、1.2%含量的偶联剂DB-570，用双螺杆挤出

40、机挤出、造粒。淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅的挤出温度如表2.10。2.10 淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅挤出温度一区二区三区四区五区六区七区八区九区机头熔体135140145155160160155150140160155(3) 将粒料用注塑机注塑成样条并对样条进行力学性能测试，淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅(r yng hu gu)的注塑温度如表2.11。一区二区三区四区五区165175170165160表2.11 淀粉、聚乳酸、偶联剂、纳米二氧化硅(r yng hu gu)注塑温度2.4 样条的力学性能测试(csh)使用CMT4104型微机控制电子万能（拉力）试验机进行拉伸

41、性能测试。拉伸速度为5mm/min或20mm/min（根据国标0.55分钟内拉断），测量试样由开始拉伸直到断裂过程中所承受的负荷及其伸长量，并通过计算得到试样的拉伸强度和断裂伸长率。(1) 拉伸强度：试样的拉伸强度可用拉伸实验中试样所承受的最大拉伸应力进行计算，计算方法见公式2.1。 (2.1)式中：拉伸强度，MPa；：试样断裂时承受的最大张力，N；：试验前的试样宽度，mm；：试验前的试样厚度，mm。(2) 断裂伸长率：试样断裂时的相对伸长率，用无量纲的比值或百分数表示，计算方法见公示2.2。 (2.2)式中：断裂伸长率，%；：试样断裂时标线之间的距离，mm；：试样标线间的原始距离，mm。第三

42、章 实验结果(ji gu)与讨论3.1 淀粉(dinfn)力学性能测试甘油(n yu)质量与木薯淀粉的质量比不同的七组实验中，甘油质量与木薯淀粉的质量比为15：100、20：100和25：100这三组由于甘油含量过少，淀粉塑化不好而难以加工，没有制得样条。甘油质量与木薯淀粉的质量比为30：100、35：100、40：100和45：100制备了样条。制备的样条做拉伸实验后得到拉伸强度与断裂伸长率如表3.1，拉伸强度、断裂伸长率与甘油含量曲线如图3.1所示：表3.1 以不同甘油与木薯淀粉的质量比制备的样条的拉伸强度与断裂伸长率30：100（甘油与木薯淀粉的质量比）35：10040：10045：10

43、0拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%第一根14.83020.4906.8842.0816.740.84第二根15.12.2821.550.016.6175.6716.961.35第三根18.910.4718.791.737.3641.6118.320.05第四根19018.712.657.178.9616.270.51平均值16.960.6919.891.16.9959.5817.070.69图3.1 拉伸强度、断裂伸长率与甘油含量关系曲线图3.1为不同甘油含量(hnling)塑化淀粉后，利用(lyng)挤出机挤出造粒、注塑

44、机注塑成样条对样条进行力学性能测试由图可以看出，样条的拉伸强度(qingd)随甘油含量的增加出现升高-下降-升高的趋势，甘油含量为30%时拉伸强度很高，此时的材料表现为很脆。此时的断裂伸长率最低，断裂伸长率越低表现的就是材料很脆很易被拉断。甘油含量为40%时材料相对于30%有一定的韧性。加入甘油为增塑剂是改变淀粉中的氢键，甘油为小分子进入到淀粉中，甘油中的羟基相互作用，消弱了淀粉分子间的氢键，使淀粉的拉伸强度下降。3.2 聚乳酸力学性能测试将聚乳酸作为一组空白组其主要目的是为后续做的淀粉/聚乳酸挤出和注塑实验做一个参考，用双螺杆挤出机挤出聚乳酸造粒并用注塑机注塑成样条，再通过微机控制电子万能试

45、验机测试出拉伸强度，聚乳酸拉伸、断裂实验数据如表3.2，聚乳酸应力-位移如图3.2，拉伸强度、断裂伸长率如表3.3：表3.2 聚乳酸拉伸、断裂实验数据样条名称试样厚度d试样宽度b试样原始标距G拉伸强度最大力拉伸屈服力断裂伸长率拉伸断裂应力拉伸屈服应力mmmmmmMPaNN%NMPaPLA14105064.362574.362593.941.9164.3664.85PLA24105066.182647.112650.261.166.1866.26PLA34105064.412576.252576.251.0764.364.41PLA44105063.912556.282566.06163.916

46、4.15图3.2 聚乳酸应力-位移表3.3 聚乳酸拉伸(l shn)强度、断裂伸长率材料拉伸强度断裂伸长率PLA64.71Mpa1.27%通过对聚乳酸挤出和注塑温度的摸索(m su)，得到了最好的一组聚乳酸挤出和注塑的温度，实验中聚乳酸的脆性很大，通过加热后的改变了本身聚乳酸的性能，查阅文献得到聚乳酸的拉伸强度为40-60Mpa，断裂(dun li)伸长率为4-10%。实验所得的聚乳酸拉伸强度得到了提升，通过加工后的聚乳酸脆性增大。断裂伸长率减小证明此时材料在拉伸过程中会立即脆断。3.3 淀粉、聚乳酸、不同含量偶联剂力学性能测试不同含量偶联剂改性淀粉/聚乳酸共混材料，通过微机控制电子万能试验机

47、测试出拉伸强度、断裂伸长率，偶联剂含量不同时的实验数据如表3.4，由公式算出并绘制图3.3，如下所示：表3.4 偶联剂含量不同时的实验数据0.40.81.21.4拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%第一根17.660.139.4117.8913.151.1312.341.93第二根16.780.898.577.6911.561.1314.651.02第三根16.572.239.1610.5313.251.0318.320.05第四根19.281.298.367.910.721.0213.450.88平均值17.571.148.

48、871112.171.0714.690.97图3.3 不同含量偶联剂对共混物的拉伸(l shn)强度、断裂伸长率曲线图通过图形可知(k zh)，加入不同含量的偶联剂DB-570，拉伸强度随着偶联剂的含量的增加先减后增，偶联剂作为一种增容剂降低了聚乳酸同淀粉的界面张力，所以(suy)拉伸强度先降低在缓慢升高。断裂伸长率是随着偶联剂含量的增加先上升后降低，最好的偶联剂含量配比是在0.4%0.8%之间，拉升强度降低材料相对慢慢有韧性，断裂伸长率也表现材料不会很快被拉断。证明偶联剂的添加量不易过大含量越多越会影响材料的力学性能。3.4 淀粉、偶联剂、不同含量聚乳酸力学性能测试不同含量聚乳酸对共混材料的

49、影响，通过微机控制电子万能试验机测试出拉伸强度、断裂伸长率，聚乳酸含量不同时的实验数据如表3.5，由公式算出并绘制图3.4，如下所示：表3.5 聚乳酸含量不同时的实验数据10203040拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%第一根15.070.6213.151.1318.350.7518.480.92第二根10.575.6511.561.1316.041.089.221.68第三根18.890.713.251.0317.810.9220.141.35第四根15.751.0210.721.0218.110.6718.291.55平

50、均值15.071.9912.171.0717.570.8516.531.37图3.4 不同含量聚乳酸对共混物的拉伸(l shn)强度、断裂伸长率曲线图如图所示淀粉(dinfn)/聚乳酸共混体系中加入(jir)不同含量的聚乳酸，偶联剂的含量定位在1.2%，聚乳酸的含量增加后淀粉/聚乳酸共混体系的拉伸强度先降低在升高，聚乳酸含量为30%时拉伸强度最大，此时的材料表现为硬而脆，但其的断裂伸长率是最低的，说明此时材料没有单性伸长，会立即脆断。聚乳酸含量在20%的时候拉伸强度最低，这时的材料脆性相对于30%小，聚乳酸含量为20%时断裂伸长率高于30%，此时前者的相对于后者后断裂。3.5 淀粉/聚乳酸、偶

51、联剂、纳米二氧化硅力学性能测试通过前期的工作找到了最好的聚乳酸、偶联剂的配比，在此基础上加入纳米二氧化硅用来增韧材料的韧性。通过微机控制电子万能试验机对材料进行力学性能测试，纳米二氧化硅力学试样数据如表3.6，添加纳米二氧化硅后材料的应力-位移图如3.5，拉伸强度、断裂伸长率如表3.7。表3.6 添加纳米二氧化硅力学数据样条名称试样厚度试样宽度试样原始标距拉伸强度最大力拉伸屈服力断裂伸长率拉伸断裂应力拉伸屈服应力mmmmmmMPaNN%NMPa纳14105011.02440.96448.650.9111.0211.22纳2410509.81392.53392.535.591.449.81纳34

52、105018.14725.57727.340.6418.1418.18纳44105013.97558.68558.681.560.413.97图3.5 添加纳米二氧化硅(r yng hu gu)后应力-位移曲线图表3.7 添加纳米二氧化硅拉伸强度(qingd)、断裂伸长率材料拉伸强度断裂伸长率加入纳米二氧化硅13.23Mpa2.17%如图和表可知(k zh)，添加纳米二氧化硅可以增韧改性淀粉/聚乳酸共混材材料，图形中出现了位移后退的现象是因为在拉伸的过程中材料没有在固定范围能断裂，导致了位移在发生变化但是材料已经断裂图形还在变化，材料在两端处断裂。加入纳米二氧化硅后拉伸强度相对没有加入纳米二氧

53、化硅前有了明显的下降，纳米二氧化硅增韧了材料使材料相对没有加入纳米二氧化硅前柔软，断裂伸长率得到了提高材料不会很快发生脆裂。通过添加纳米二氧化硅可以看出材料的韧性得到提高。结 论本文通过使用甘油增强(zngqing)改性淀粉，制备了热塑性淀粉材料样条，在此条件下添加纳米二氧化硅和偶联剂DB-570改性淀粉(dinfn)，将改性后的淀粉同聚乳酸制备淀粉/聚乳酸共混材料，考察(koch)研究纳米二氧化硅和偶联剂DB-570对淀粉/聚乳酸共混材料的力学性能的影响。同时也对添加不同含量的聚乳酸制备出淀粉/聚乳酸共混物的力学性能进行了测试分析。得到以下的结论： (1) 通过在淀粉/聚乳酸共混材料中添加偶联剂，材料的拉伸强度、断裂伸长率都发生了变化，拉伸强度呈现先降后升、断裂伸长率先升后降的情况，从实验中得到偶联剂的最好的添加量为0.8%，在这个最佳的添加量的时候材料相对于其他含量的脆性低一点。偶联剂的添加是为了让淀粉聚乳酸的相容性提高。 (2) 添加少量的纳米二氧化硅同样可以改善淀粉/聚乳酸共混材料的韧性，通过前期用纳米二氧化硅改性淀粉找到了一个最佳值1.5%，用这个含量的纳米二氧化硅塑化后的淀粉来同聚乳酸共混可以改性材料本身很脆的缺点，拉伸强度和断裂伸长率可以得到加入纳米二氧化硅材料的韧性提高。 (3) 聚乳酸的含量对淀粉/聚乳酸共混材料的力学性