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疏水化改性淀粉/PVA生物降解塑料地膜的研究

闫美珍  
【摘要】: 目前,地膜覆盖技术在农业中得到了广泛推广,应用到了小麦、水稻、玉米、大豆、高粱、棉花、西瓜等作物的种植中,增产效果明显。由于现在大量使用的地膜是不可降解的高分子化合物,既不受微生物侵蚀,也不能自行分解。长此下去,必然会给后人带来难以解决的污染危害。因此,研究可降解地膜逐渐受到重视。淀粉是自然界丰富的可再生资源,它无毒无害,可完全生物降解,然而较差的力学性能与防水性能却限制了其应用。 试验以玉米淀粉为原料,经过羧甲基醚化、交联双改性,生产出热塑性较强的交联-羧甲基淀粉。将自制的交联-羧甲基淀粉与PVA共混,经过交联、增塑、疏水化改性,膜的力学性能达到标准要求,吸水率大大降低。对此主要进行了以下的研究: 首先采用二次回归正交旋转组合设计的统计方法对羧甲基醚化改性进行了工艺参数的研究,确定制备羧甲基淀粉的最佳工艺参数为:醚化温度74.44℃,NaOH/淀粉的摩尔比值1.85,醚化时间2.33h,乙醇浓度84.65%,羧甲基化改性淀粉的取代度最大为0.49。在交联改性过程中,确定交联剂种类为环氧氯丙烷。同时,对交联反应的工艺参数进行了优化。四因素三水平的正交试验设计结果表明:交联剂用量为0.05%、交联温度为55℃、交联时间为1.0h、NaOH用量为1.5%。 采用布拉班德黏度、生物显微镜、扫描电镜、傅立叶红外光谱、DSC差示扫描等检测手段对羧甲基淀粉及交联-羧甲基淀粉的性能进行分析。结果表明:羧甲基淀粉颗粒发生无规则“爆裂式”膨胀。由于羧甲基基团的引入,分子间空间障碍的增大以及静电斥力的作用,增加了淀粉低温分散系的保水性,大大减少了凝沉和凝胶倾向,淀粉冷糊也较稳定。羧甲基化反应只发生在淀粉的无定形区,而双改性淀粉破环了淀粉的结晶结构,颗粒有明显的破损沟纹和很深的洞穴,打破了淀粉原有的对称结构。而且交联-羧甲基淀粉的粘度、溶解度、彭润力、透光率、冻融稳定性等性能均较原淀粉及羧甲基淀粉有所改善。 以自制的双改性淀粉为原料制备全生物降解地膜,研究结果表明:沉降积为0.8mL的交联-羧甲基淀粉与PVA共混效果较好,且交联-羧甲基淀粉与PVA最佳比例为7:3。复合交联剂用量3.3%、pH=10、温度88℃、时间35min;复合增塑剂的最佳组合为三乙醇胺0.4%,甘油0.4%,聚乙二醇0.6%;消泡剂吐温80用量为0.4%;脱膜剂液体石蜡用量为0.8%;疏水化改性剂选用PPE,其用量为1.5%。通过扫描电镜、红外光谱等检测手段分析表明:疏水化改性淀粉膜较原淀粉膜的表观结构及内部结构有很大的变化。疏水化改性淀粉膜具有更均一的形态结构,更大的分子量,而且力学性能有很大程度的提高,吸水率则有很大程度的减小。膜的保水及防失水的能力很好,不会因环境湿度的变化而影响膜的使用性能。 降解试验研究表明:疏水化改性ST/PVA薄膜具有良好的生物降解性能,ST与PVA比例越大,达到完全降解的时间越短;交联度越高,膜生物降解速率越慢;随着PPE用量的增加,膜的降解性能下降。而且完全降解所需时间从20d到120d不等,因而可通过控制该三者的用量来实现降解时间人为控制的目的。


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