木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖生物降解薄膜制备及性能研究

摘要

本论文以木薯淀粉、聚乙烯醇和壳聚糖为基本成膜物质，研究了木薯淀粉含量、壳聚糖含量、聚乙烯醇含量、增塑剂甘油含量、溶液pH值、交联剂戊二醛含量以及膜的烘干温度7个单因素对木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖复合薄膜性能的影响;并以薄膜的抗张强度、断裂伸长率、透光率、吸水率等为评价指标，在单因素试验的基础上，设计了两组L9(34)正交试验，确定了木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄膜性能的最佳工艺条件;研究了助剂（甘油、戊二醛）以及烘干温度对薄膜的水蒸气透过率、氧气透过率的影响;并借助差示量热扫描(DSC)、扫描电镜(SEM)对薄膜结构进行了表征;通过土埋降解法探讨了薄膜的降解性能;结果表明:
　　1、通过单因素试验可知，木薯淀粉含量对薄膜的性能影响较大，在0％-3.0％的范围内，膜的抗张强度、断裂伸长率、透光率随木薯淀粉含量的增大先增大后降低，吸水率先降低后上升，适宜的木薯淀粉含量为2.0％。聚乙烯醇对膜的性能影响与木薯淀粉类似，聚乙烯醇的适宜含量为2.0％。壳聚糖在0％-2.0％的含量内，膜的抗张强度随含量的增加而增大，断裂伸长率、透光率随含量的增加先增大后降低，吸水率先降低后上升，壳聚糖的适宜含量为0.67％。
　　2、正交试验结果表明:复合薄膜的最佳工艺参数为木薯淀粉含量为2.0％，聚乙烯醇含量为2.0％，壳聚糖含量为0.67％，甘油含量为1.0％，戊二醛含量为1.0％，烘干温度为60℃，各因素对膜的性能影响的主次顺序为壳聚糖含量＞木薯淀粉含量＞聚乙烯醇含量;戊二醛含量＞烘干温度＞甘油含量。
　　3、水蒸气透过率和氧气透过率试验表明:助剂（戊二醛、甘油）和烘干温度对薄膜的H2O、O2透过率均有影响，甘油含量在3.0％时，薄膜的H2O、O2透过率最高，戊二醛含量在1.0％时，薄膜的氧气透过率最高，含量在3.0％时，水蒸气的透过率最高，薄膜的H2O、O2透过率随烘干温度的增大而持续增大。
　　4、借助差示量热扫描(DSC)、扫描电镜(SEM)对木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄膜结构进行了表征，结果表明:木薯淀粉、聚乙烯醇、壳聚糖之间产生了良好的相容性，形成了紧密的结构。
　　5、通过土埋降解试验表明:木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖复合薄膜具有很好的生物降解性，在土埋试验进行到第12天时，室内恒湿恒温条件下和室外条件下，木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖复合膜的降解率都超过了60％，室内降解在第131天超过了65％，室外降解则是在第71天超过了65％的降解率。

目录

声明

摘要

1．引言

1．1 研究背景与意义

1．2 木薯与木薯淀粉

1．2．1 木薯简介

1．2．2 木薯的应用现状

1．2．3 木薯淀粉的应用现状

1．3 聚乙烯醇

1．3．1 聚乙烯醇的性质

1．3．2 聚乙烯醇的应用

1．3．3 聚乙烯醇薄膜研究现状

1．4 壳聚糖

1．4．1 壳聚糖概述

1．4．2 壳聚糖的物理、化学性质

1．4．3 壳聚糖的应用现状

1．4．4 壳聚糖薄膜研究现状

1．5 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜研究现状

1．6 本课题研究的内容

1．6．1 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜成膜工艺研究

1．6．2 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜结构表征分析

1．6．3 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜降解性能的研究

1．7 论文创新性

1．8 工艺技术路线图

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 设备与仪器

2．3 试验方法

2．3．1 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜的具体制备步骤如下

2．3．2 厚度测定

2．3．3 拉伸强度(TS)和断裂伸长率(E)的测定

2．3．4 透光率测定

2．3．5 吸水率测定

2．3．6 物理性能模糊综合评价方法

2．3．7 复合膜水蒸气透过率的测定

2．3．8 复合膜氧气透过率的测定

2．3．9 膜结构表征

2．3．10 土埋法对木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜的降解性能测试

2．4 统计方法

3 结果与分析

3．1 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合薄膜成膜工艺

3．1．1 木薯淀粉含量对薄膜性能的影响

3．1．2 聚乙烯醇含量对薄膜性能影响

3．1．3 壳聚糖含量对薄膜性能影响

3．1．4 增塑剂(甘油)含量对薄膜性能影响

3．1．5 烘干温度对薄膜性能影响

3．1．6 交联剂(戊二醛)对薄膜性能影响

3．1．7 pH值对薄膜性能影响

3．2 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合薄膜工艺优化

3．2．1 木薯淀粉、聚乙烯醇、壳聚糖对薄膜性能影响的正交优化

3．2．2 戊二醛、甘油、烘干温度对薄膜性能影响的正交优化

3．2．3．正交试验最佳条件的验证

3．3 反应条件对复合膜透气、透湿性能的影响

3．3．1 增塑剂(甘油)对复合膜透气、透湿性能的影响

3．3．2 交联剂(戊二醛)对复合膜透气、透湿性能的影响

3．3．3 烘干温度对复合膜透气、透湿性能的影响

3．4 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合包装材料结构表征

3．4．1 DSC分析

3．4．2 扫描电镜表征

3．5 土埋降解试验薄膜失重率变化

3．5．1 室内恒温恒湿条件降解

3．5．2 室外自然条件降解

4 讨论与展望

4．1 工艺条件对木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖薄膜性能的影响

4．2 助剂对木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合薄膜性能的影响

4．3 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合薄膜透湿、透气性能

4．4 木薯淀粉／聚乙烯醇／壳聚糖复合薄膜降解性能

4．5 展望

5 主要结论

参考文献

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