论文总字数：13450字

摘 要

淀粉是高分子碳水化物，多存在于谷类植物的子粒、甘薯的块根和马铃薯的块茎中。通过加入增塑剂来提高淀粉的热塑性，使得它可以直接被加工生产。

有研究通过采用转矩流变仪，在存在增塑剂的条件下得到了热塑性淀粉(TPS)。借助差示扫描量热法，X射线衍射法，扫描电镜法分析并探究了天然淀粉的塑化机理。得到的结果是，淀粉是在增塑剂、剪切和热的三方条件下塑化的。我们制备热塑性的淀粉基塑料的时候，经常选择水和甘油作为增塑剂，如果想要材料的拉伸强度变得低一些，则将油的用量多加入一点，此时材料的断裂伸长率也会变大。此次研究结果为分析并探究热塑性淀粉材料及制得高性能的可降解材料提供了很多理论的依据和参考。

关键词：热塑性淀粉 增塑剂 制备 性能

Preparation and Characterization of Thermoplastic Starch

Abstract

Starch is a natural polysaccharide polymer，and its aggregate structure is formed by glucose molecules being dehydrated by intramolecular dehydration to form basic structural units，and then depolymerized by intermolecular dehydration.Because of its unique structure，starch is difficult to be directly applied in polymer materials.This requires modification of starch to make its structure or aggregation state random to improve its thermoplasticity.In the study，a torque rheometer was used to produce thermoplastic starch(TPS)in the presence of a plasticizer.With the help of DSC，XRD，SEM，the plasticizing mechanism of natural starch was analyzed and explored.Judging from the results，the plasticization of starch is the result of the combined action of heat，shear，and plasticizers，and one factor cannot be considered alone.Water and glycerin are used as plasticizers to form TPS.When preparing styrene plastics with thermoplastic elastomers,we often choose water and glycerin as plasticizers.If we want the tensile strength of the material to become lower , we will add more oil and the elongation at break of the material will also increase.The results of this study created theoretical and practical conditions for the analysis and exploration of thermoplastic starch materials and the preparation of biodegradable materials with excellent overall performance.

Key words：Thermoplastic starch; Plasticizer ; Preparation; Properties

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1. 热塑性淀粉的概述 1

1.2. 淀粉改性的方法 1

1.3. 热塑性淀粉目前的研究现状 3

1.4. 现有存在的问题和不足 3

1.5. 热塑性淀粉的塑化机理 4

第二章 热塑性淀粉的制备 5

2.1. 热塑性淀粉的制备 5

2.2. 热塑性淀粉的制备工艺 5

第三章 热塑性淀粉的性能与表征 6

3.1. 增塑剂对淀粉的塑化机理 6

3.1.1. 热塑性淀粉制备中的流变行为 6

3.1.2. 水、甘油及甲酸胺塑化淀粉的形态、结晶 6

3.1.3. 干燥和增塑剂溶胀对淀粉结构的影响 7

3.1.4. 热塑性淀粉吸水性能 7

3.1.5. 热塑性淀粉示差扫描量热分析 7

3.1.6. 热塑性淀粉力学性能 8

3.1.7. 热塑性淀粉XRD 8

3.2. 热塑性淀粉的性能 8

3.2.1. 热塑性淀粉的力学性能 8

3.2.2. 热塑性淀粉的吸水性能 8

3.2.3. 热塑性淀粉的热性能 9

第四章 小结与展望 11

参考文献 13

致谢 15

绪论

淀粉由于颗粒是由很多结构很细密的微小结晶组成的。其它分子想要进入淀粉颗粒中是非常难的，普遍来讲，天然淀粉是先分解的，因为其结晶度高，所以导致它的熔点也高。所以像玉米淀粉这样子的天然淀粉不适合选择温度较高的加工成型工艺。社会不断发展，新环保法提出要求，生物分解材料开始引起人们的重视，目的是为了促进生态、资源、环境的持久稳定发展。热塑性淀粉材料能够充分降解掉，一是淀粉能够再生，来源多；再者就是淀粉的价格便宜，在市场竞争中处于优势地位^[1]。而传统热塑性淀粉材料没有很高的强度，很大范围上阻碍了材料的使用。运用不用工艺，同时结合可生物分解的补强剂针对机械性能实施补强，拓宽它的应用空间，这对制造领域而言意义不凡。

热塑性淀粉的概述

都是由热塑性淀粉做成的塑料叫做全淀粉塑料。这个概念是1950年后期基于全淀粉概念下提出来的，它的朝着可降解方向研究出来的。全淀粉顾名思义它的主要组成部分就是淀粉，淀粉是可以降解的，全淀粉里面加入的其它的一些成分也是可以降解的，里面没有石油分解出来的那些原料^[2]。我们经常采用像模压、注射和挤出等，用甘油和水作为增塑剂去制备热塑性淀粉。

淀粉改性的方法

淀粉是先分解的，因为它的结晶度高，所以导致它的熔点也高。所以像玉米淀粉这样子的天然淀粉不适合选择温度较高的加工成型工艺。因为淀粉具有很好的降解能力，但是其不容易加工成型，所以现在我们对淀粉的改性和应用是投资越来越大的。现阶段对于淀粉的改性有很多途径，最常用效果最好的还是化学方法改性。我们使用向搅拌机这样子的机器，对淀粉的结构可以进行物理破坏，这样也可以对淀粉进行改性，还可以加入向水这些小分子的增塑剂去渗透到淀粉内部使其膨胀改变淀粉颗粒的结晶区域，进而让它具备了热塑性^[3]。化学方法改性，是由于化学药品与淀粉发生化学反应，从而改变淀粉的基本结构导致淀粉性质发生改变。生物方法改性，运用生物技术或使用生物活性的物质改变淀粉的形貌或结构特性。

热塑性淀粉目前的研究现状

Stepto，1980年在《Starch gelatinisation phenomena studiedby differential scanning calorimetry》文章中研究发现，淀粉的溶融温度很大程度上取决于水分的含量,一是水分的含量需要在淀粉降解开始前能够充分破坏掉结晶，二水分不宜太多，防止出现材料模量变低和熔体低粘度现象。但是水分也不能太低，如果太低会发加剧离模的膨胀和热降解现象。熊汉国，2001年在《淀粉的塑化机理及其在生物降解餐具上的应用研究》及2002年在《淀粉的塑化及其生物降解餐具性能研究》中当选择水这样子的小分子等作为塑化剂时，发现淀粉的结晶区受到了小分子水的破坏，导致短时间内淀粉的结晶峰的数量减少。从数据来看，淀粉最佳的塑化剂是水。但是Loercks，1980年在《Effect of water content on the gelatinisating of wheat starch》中提出如果在挤出过程中淀粉中水的占比较大，那么它生成的就是结构没有被破坏的解体淀粉，这种淀粉容易脆，不是制得可降解塑料的最佳选择。王佩章，他在他发表的文章中提出通过混合一定比例的高分子量和低分子量增塑剂，制备的到的制品的力学性能显著提高。Lacourse等人，1990年在《Biodegradable shaped products and the method ofpreparation thereof》中提出性能和发泡聚苯乙烯差不多的直链淀粉作为包装材料的原材料，因为这种材料它不仅可以完全降解而且价格很低。

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