玉米淀粉基生物可降解薄膜的制備及性能研究.pdf

1、塑料工業(yè)高速發(fā)展帶來的環(huán)境污染和石油資源短缺問題日益嚴重。因此，研究和開發(fā)環(huán)境友好型生物可降解材料受到廣泛關(guān)注和重視。淀粉具有來源廣泛、價格低廉、可生物降解等優(yōu)點，已成為發(fā)展生物可降解塑料最具前景的原料之一。
　　本文以普通玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉為主要原料，經(jīng)過共混、增塑、交聯(lián)等工藝過程，采用流延法制備出淀粉基可降解薄膜，研究了兩種淀粉基薄膜的制備方法，對兩種薄膜的機械性能、耐水性能進行了考察和比較；通過沼氣厭氧發(fā)酵，重點研究了

2、兩種薄膜的生物降解過程及可降解性能，并通過對降解過程中淀粉薄膜結(jié)構(gòu)和成分的表征和監(jiān)測，分析了兩種薄膜結(jié)構(gòu)對沼氣發(fā)酵過程的影響。另外，針對淀粉薄膜力學(xué)性能和耐水性能差的問題，通過添加商品化的納米二氧化硅和來源于生物質(zhì)的稻殼二氧化硅，以期改善淀粉薄膜的性能。主要結(jié)果如下：
　　1、高溫糊化普通玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉，與聚乙烯醇（PVA）及甘油共混制得兩種淀粉基復(fù)合膜，考察了增塑劑—甘油的含量對薄膜性能的影響，結(jié)論如下：增塑劑甘油含量

3、為30％（占淀粉和PVA的質(zhì)量百分比）時2種淀粉膜的性能最佳，高直鏈淀粉膜的拉伸強度、斷裂伸長率、吸水性、水溶性、阻濕性能分別為11.4 MPa、34.50%、4.69%、26.36%、8.53×10-7；普通淀粉膜的拉伸強度、斷裂伸長率、吸水性、水溶性、阻濕性能分別為8.60 MPa、28.92%、11.71%、36.97%、1.241×10-6。表明高直鏈淀粉膜的耐水性和力學(xué)性均優(yōu)于普通淀粉膜。
　　2、采用沼氣厭氧發(fā)酵考察并

4、比較了普通玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉兩種淀粉薄膜的沼氣發(fā)酵過程、發(fā)酵潛力、能源轉(zhuǎn)化效率以及膜結(jié)構(gòu)形貌的變化特征。結(jié)果表明：高直鏈淀粉膜和普通淀粉膜均具有良好的厭氧降解性能，厭氧發(fā)酵26天，其生物降解率分別為53.65%和52.09%；兩種薄膜的厭氧降解率和沼氣發(fā)酵潛力均相當；然而，高直鏈淀粉薄膜的結(jié)構(gòu)和成分更有利于沼氣發(fā)酵的進行，其發(fā)酵過程比普通淀粉薄膜更加平穩(wěn)，能夠有效減少發(fā)酵罐的酸化并縮短發(fā)酵周期，同時具有更高的能源轉(zhuǎn)化效率。

5、　　3、為改善普通淀粉膜的力學(xué)和耐水性能，通過添加納米二氧化硅（n-SiO2）和源于生物質(zhì)的稻殼二氧化硅(D-SiO2)，分別研究了不同添加量的n-SiO2和D-SiO2對薄膜性能的影響，結(jié)果表明：n-SiO2和D-SiO2的添加量為3%時（占淀粉和PVA的質(zhì)量百分比）淀粉基復(fù)合膜的性能最佳，與對照組普通淀粉膜相比，n-SiO2淀粉膜拉伸強度、斷裂伸長率和阻濕性能分別增加了24.5%和307.5%，11.8%，吸水率和水溶性分別降低了1

6、2.8%，43.5%；D-SiO2淀粉膜拉伸強度、斷裂伸長率和阻濕性能分別增加了8.6%和276.2%，吸水率和水溶性分別降低了18.8%，58.2%。表明n-SiO2和D-SiO2均可以有效的改善淀粉薄膜的性能，但從成本的角度選擇D-SiO2為宜。
　　4、采用厭氧發(fā)酵法對n-SiO2淀粉膜和D-SiO2淀粉膜進行降解實驗，并與普通淀粉膜和PVA淀粉薄膜進行比較，實驗表明：厭氧發(fā)酵22天，n-SiO2淀粉膜、D-SiO2淀粉膜和

7、普通淀粉膜的降解率分別為51.62%、47.53%和52.09%，能源轉(zhuǎn)換率分別為55.44%、50.44%和62.78%。采用SEM觀察薄膜的表面微觀結(jié)構(gòu)，三種淀粉膜表面均出現(xiàn)大面積的孔洞，說明n-SiO2淀粉膜、D-SiO2淀粉膜和普通淀粉膜均被微生物分解，而PVA膜表明依舊平整；采用FTIR對三種淀粉膜及PVA降解前后的官能團結(jié)構(gòu)變化進行分析，三種淀粉膜的吸收峰均減弱，而PVA幾乎沒有變化，說明n-SiO2淀粉膜、D-SiO2淀粉