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自增强淀粉薄膜的制备与表征研究

蓝草  
【摘要】:淀粉是一种重要的生物降解高分子,因其具有来源丰富,价格低廉,生物相容性好,可再生等优点,淀粉基材料在包装和生物医学材料等各个领域日益受到重视。但是纯淀粉基材料由于其亲水性,加工复杂和力学性能差等天然缺陷,严重地限制了它的应用。为了改善淀粉基材料的疏水、加工性能和力学性能,本文首次将“自增强”的概念引入到淀粉基材料的制备,初步探索自增强淀粉材料的制备的方法和增强机理。羟丙基淀粉由于羟丙基的引入,可减弱葡萄糖分子内、间氢键作用,降低淀粉的加工温度和淀粉膜抗张强度,得到透明、柔韧、平滑、耐折的薄膜,因此本文选用羟丙基淀粉作为基体材料来提高薄膜的强度和加工性能。交联取代发生在淀粉2,3,6位上的羟基,使淀粉形成网状结构,提高淀粉的加工温度及疏水性能,因此本文选择与羟丙基淀粉化学组成类似的交联淀粉颗粒作为增强相来提高淀粉薄膜力学性能,同时也降低水分敏感性。本文以上述两种淀粉分别作为基体和增强相,首次通过流延的方法制备出了自增强淀粉薄膜,并对其力学性能进行了研究,主要研究内容如下: 1、采用偏光显微镜和差式扫描量热仪(DSC)对合成的不同取代度的羟丙基淀粉的颗粒形貌及热性能进行表征。研究结果显示,高链羟丙基淀粉的糊化温度随着羟丙基取代度的增加而降低,取代后M2峰消失,重结晶吸收峰Gr的面积随着羟丙基取代度的增加而减小;羟丙基化使淀粉颗粒表面产生裂纹,在偏光显微镜下观察到的淀粉颗粒偏光亮度随着羟丙基程度的增加而有所减小,结晶结构受到一定的破坏。 2、采用DSC、凝胶色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)等对合成的交联淀粉进行研究,研究结果显示,随着交联程度的升高,淀粉的糊化温度逐渐升高;0.02%的交联淀粉的分子量和分子尺寸高于原淀粉,当交联程度高于0.02%后,交联淀粉分子链可能交错链接形成网状而不能溶解于二甲基亚砜(DMSO);交联程度较低时淀粉颗粒表面光滑呈椭圆或圆形,与G80原淀粉颗粒形貌相似,交联程度较高时,淀粉颗粒形成棱角,部分表面产生了凹槽。 3、制备以高链羟丙基淀粉为基体,高链交联淀粉为颗粒增强相的淀粉自增强薄膜。采用SEM、CLSM和力学性能测试仪测定其力学性能及表面形貌,观察相界面,研究颗粒增强相性质及含量对薄膜性能的影响。研究结果显示,在薄膜表面可观察到未糊化的交联淀粉颗粒镶嵌于基体中,相与相之间的界面过渡非常平滑,没有出现不相容的现象;交联淀粉增强颗粒在羟丙基淀粉基体中分布均匀,颗粒大小和亮度与纯水中相比都没有明显变化;增强相加入量由0%增加到25%,自增强淀粉薄膜的拉伸模量和拉伸强度分别有44%和75%的增加,而选取交联度为0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%和0.07%的交联淀粉作为增强相制备自增强薄膜,发现随着交联淀粉交联度从0%增加到0.06%,薄膜的断裂伸长率下降,而强度和模量均有一定的增加。


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