准确称取6.0g 玉米直链淀粉于250ml 三口烧瓶内,加40ml 蒸馏水。恒温水浴加热90℃高速搅拌使之糊化40min,然后将搅拌速度降至120r/min。准确称量4.0gPVA 于100ml 烧杯内,加50ml 蒸馏水。在缓慢搅拌下加热直至其溶解成透明均一的溶液。将已经溶解成透明状的PVA 溶液加入到三口烧瓶与已糊化30min 的淀粉恒温共混15min。加入2.0ml(甘油质量为淀粉和PVA 干基的20%甘油),90℃下恒温增塑30min。调节PH 值在2-3 之间。滴加10%(占淀粉和PVA 干基总重)乙二醛交联反应40min,加入2%(占淀粉和PVA 干基总重)尿素反应20min 后,滴加1%(SiO2 含量占淀粉和PVA 干基总重5%)的二氧化硅溶胶,将膜液真空(0.08MPa)脱气15min,以去除搅拌时引入的气泡,最后将膜液流延到薄膜成型模具中,于65%烘箱中烘4h 后揭膜得膜试样。
增塑剂对薄膜性能的影响
选用甘油作为增塑剂以制备直链淀粉基生物降解膜。甘油具有较多的碳原子和羟基,能够将更多的直链淀粉大分子和PVA 大分子通过氢键缔合的方式结合到一起,使大分子之间的作用力增强,并且羟基可以结合较多的水分子,有利于改善膜的强度和柔韧性。不同甘油含量对薄膜性能的影响见表1
表1 不同甘油含量对薄膜性能的影响
交联剂对薄膜性能的影响
表2 不同用量的乙二醛对薄膜性能的影响
耐水助剂对薄膜性能的影响
以不同尿素用量制备淀粉基可降解膜并测定膜的吸水率见表3。
表3 尿素对薄膜吸水率的影响
由表3 知,未加入尿素的薄膜在吸水率上与加入尿素的薄膜呈显著性差异。这是因为院尿素的氨基与未反应的乙二醛的醛基发生缩合反应,减少了分散在膜中的亲水性醛基的数量曰尿素的氨基也可以与淀粉和PVA 的羟基缔合,形成氢键。减少了暴露在分子链外面的的羟基数目,但尿素也是小分子的亲水性物质,加入过多时对薄膜耐水性会产生负面影响。
纳米SiO2对于薄膜性能的影响
纳米SiO2 添加量对膜拉伸强度和断裂伸长率的影响见表4。
表4 纳米SO2 添加量对淀粉基生物降解膜力学性能的影响结果
由表4 可以看出,当SiO2 溶胶的添加量为1%-5%时,膜的拉伸强度迅速增加,当SiO2 溶胶用量>5%时,膜的拉伸强度反而下降。膜的断裂伸长率随着SiO2 用量的增加一直呈下降趋势。SiO2 粒子表面高活性的羟基会与淀粉和PVA 分子中的羟基形成氢键穿插于淀粉和PVA 的分子链间,在加热和机械搅拌的作用下,SiO2 溶胶的聚合作用加快并与淀粉和PVA 分子形成凝胶网络结构。当SiO2 溶胶过量时,反而使膜性能下降。SiO2 的添加对降低膜的吸水率有显著的作用。随着SiO2 添加量的增加,吸水率一直呈下降趋势,特别是SiO2 添加量在1%-4%时吸水率大幅度下降,纳米SiO2 添加量为5%的膜的吸水率为40.0%,当纳米SiO2 溶胶添加量超过6%时,吸水率下降不明显,所以SiO2 适宜的添加量为5%。
淀粉/PVA配比对薄膜性能的影响
通过测试淀粉/PVA(质量比)不同配比所得降解膜的性能,发现体系中PVA 含量的增加,膜的拉伸强度呈现出先增大后减小的趋势,而断裂伸长率则一直增大,这是因为PVA 通过氢键缔合和乙二醛交联与淀粉分子作用增强,因此力学性能也提高。当PVA 过量时,分子链呈刚性结构的直链淀粉的含量则相对下降,故膜的拉伸强度会下降,而断裂伸长率则一直增大。结果表明,当体系中PVA 的含量为35%-45%时,拉伸强度大于19.5MPa,断裂伸长率大于110%,透光率高于60%,膜的综合性能最佳。
淀粉/PVA薄膜性能结果
本文以酶降解法测试薄膜的降解性能,以失重率为评价指标,失重率越大,生物降解性越好,反之亦然。实验所测试的膜酶解性能如见表5。
表5 酶降解法测试薄膜的降解性能结果
由表5 可以看出,淀粉基生物降解膜在酶解1h 后,失重率达65% 以上,生物降解性能良好。
结论
以玉米直链淀粉为主要原料,成功制备了淀粉基可生物降解薄膜并进行了性能比较,结果表明,随着直链淀粉含量的增加,膜的拉伸强度和断裂伸长率均增加,耐水性增强,直链淀粉基可降解膜的综合性能良好。试样经过综合测试主要性能指标如下院拉伸强度大于13.5MPa尧断裂伸长率高达146.0%尧透光率达61.9%尧吸水率小于40.0%。所制备的淀粉基可生物降解膜的透光率和耐水性均高于同种薄膜的现有水平。
用酶降解法对薄膜试样进行了生物降解性实验,降解薄膜在酶解1h 后,失重率可达65%以上,生物降解性能良好。