可降解玉米淀粉膜的制备与研究论文

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、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。

二、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80o C聚乙烯醇溶解蒸馏水中制得PVA溶液。同时，通过水浴加热至80o C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80o C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、尿素等在80o C温度下持续搅拌90分钟，制成混合糊浆。最o

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：

%1002

1

2⨯-=

m m m W 式中, W 为吸水率; 1m 为干膜质量; 2m 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1m ）埋入其中，每隔一周取出烘干称重（质量为2m ）。其计算公式为： %1001

2

1⨯-=

C C C x 式中C 1为干膜质量，C 2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；1019cm-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。

表二

3.2.拉伸性能的测试

表三

根据表三的测试数据按拉伸强度、伸长率、峰值制得如下图：