摘 要

石油基塑料是人类生活常用的一种材料，但有限的石油资源问题导致人们需要研究新型塑料以减缓能源枯竭。天然淀粉作为一种丰富、可再生的自然资源，是生物降解塑料开发和制备的研究热点。而松香也是一种可再生资源，且具有防潮、粘合、脆性的特点，是改性淀粉的一种优选方法。

本文介绍了淀粉基塑料的概念、分类及国内外研究的现状，并对淀粉基塑料当前存在的问题及未来可能的发展趋势进行综述。探讨了可再生资源松香对热塑性淀粉塑料（TPS）改性的可能性，并进行实验设计及研究。实验以天然玉米淀粉为原料，甘油作增塑剂，加入不同量松香分别混合挤出造粒、注塑成型，制备多组热塑性淀粉塑料，通过拉伸强度实验，缺口冲击强度实验，弯曲强度实验，红外光谱分析，表面接触角测量，吸水率实验及热重分析试验等方法表征松香改性TPS产品，探讨不同松香改性条件对TPS性能的影响。结果表明，松香含量为4%时，松香改性热塑性淀粉塑料的综合性能最好，拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率相比TPS均有所提高，分别达到1.64MPa、107.75KJ/m²、272%，材料耐水性能得到改善，接触角为43.3±3.2°，弯曲强度为0.5MPa，外延起始分解温度为305℃，最大分解速率对应的温度为308.2℃，吸水性降低。

关键词:热塑性；淀粉改性；松香；可降解；表征

Study on Rosin-modified thermoplastic starch plastic

ABSTRACT

Petroleum-based plastic is a kind of common materials used in daily life though humans need consider new plastic materials to slow down the depletion of petroleum resources nowadays. In order to save resources, it's well helpful to conduct research on new plastic materials. Starch plastic is a hot research direction in the field of biodegradable materials. Rosin is renewable and is characterized by moisture proof, brittleness and softness which is a good solution for modified starch.

The definition and classification of starch plastic, the current status of domestic and foreign research was introduced in the paper. It also discussed the current problems existed now and possible development trends in the future. The paper goes to explore the possibility of renewable rosin modified thermoplastic starch and designs an experiment scheme to characterize rosin-modified TPS and its properties. The main steps include using natural corn starch as raw materials, glycerin as plasticizer and different amount of rosin to prepare some sets of modified TPS by mixed extrusion granulation and injection molding. The rosin-modified TPS products is then characterized by stretching experiment, notch impacting experiment, bending strength experiment, IR analysis, surface contact angle measures, water absorption measures and TG analysis, and research the effect of different amount rosin to TPS properties. It was found that the comprehensive properties were the best when TPS contain 4% rosin. The tensile strength, impact strength and elongation at break were increased to 1.64 MPa, 107.75 KJ/m² and 272% respectively compared with TPS. The water resistance of the material was improved, the contact angle was 43.3±3.2°, and the bending strength was 0.5 MPa. The epitaxial initial decomposition temperature was 305℃, the maximum decomposition rate was reached 308.2℃,and the water absorption decreases.

Keywords: thermoplastic, starch modification, rosin, biodegradable, characterization.

目 录

1 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 淀粉塑料的定义 1

1.3 淀粉的来源与结构 1

1.4 热塑性淀粉的概念 1

1.5 淀粉塑料的分类 1

1.5.1 填充型淀粉塑料 2

1.5.2 光-生物降解型淀粉塑料 2

1.5.3 共混型淀粉塑料 2

1.5.4 全淀粉塑料 3

1.6 淀粉塑料研究的现状及发展趋势 3

1.6.1 国外研究的现状 3

1.6.3 国内研究的现状 3

1.7 淀粉塑料存在的问题 4

1.7.1 耐水性能差 5

1.7.2 降解性能仍待加强 5

1.8 发展趋势 5

1.9 本论文研究的目的和意义 5

1.9.1 研究目的 5

1.9.2 研究意义 5

2 实验部分 7

2.1 实验仪器及药品 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 实验原理 7

2.3 实验步骤 8

2.3.1 制备热塑性淀粉塑料 9

2.3.2 加工成型松香改性TPS 10

2.3.3 实验常见故障排除 10

2.4 松香改性TPS表征 11

2.4.1 拉伸强度实验 11

2.4.2 缺口冲击强度实验 11

2.4.3 弯曲强度实验 12

2.4.4 红外光谱实验 12

2.4.5 表面接触角实验 12

2.4.6 吸水率实验 12

2.4.7 热重分析实验 12

3 结果与讨论 13

3.1 松香用量对改性TPS拉伸强度的影响 13

3.2 松香用量对改性TPS弯曲强度的影响 15

3.3 松香用量对改性TPS冲击强度的影响 16

3.4 松香用量对改性TPS表面接触角的影响 16

3.5 松香改性淀粉塑料红外光谱分析 19

3.6 热重分析（TG及DTG） 21

3.7 松香改性淀粉塑料吸水率实验数据分析 24

4 结论 25

致谢 26

参考文献： 27

1 文献综述

1.1 引言

快速发展的塑料产业给人们带来了便利，但塑料不可避免地对环境和资源产生了部分严重影响。石油基塑料的生产与使用给社会生产带来了两大难题，即“白色污染”不可降解废弃物（如塑料袋）问题与不可再生资源快速消耗面临枯竭问题。因此，深化对生物可降解塑料的研究，开发可降解的新型塑料，是解决环境问题以及石油资源枯竭问题的一个重要途径，而淀粉塑料的开发则是当前研究的热点方向。

1.2 淀粉塑料的定义

淀粉塑料，也就是淀粉基塑料。常指在生产过程中以淀粉或其衍生物为添加剂生产的可降解塑料，并且还指以天然淀粉填充或作共混体系主要成分的塑料。

1.3 淀粉的来源与结构

从来源的丰富及适用性而言，淀粉材料的改性研究是值得优先考虑的方法。淀粉广泛地以多糖的形式贮藏于植物器官中，其丰富的产量和低成本及具有可再生性和生物降解性使其广泛用于生物降解塑料的制备^[1]。

淀粉是一类多糖,是由单一类型的葡萄糖单元组成的天然聚合物。基本结构单元为α-D-吡喃式葡萄糖，(C₆H₁₀O₅)_n为其常见的分子式。大多数天然淀粉由两种多糖型混合物组成，其结构分为直链淀粉和支链淀粉^[2]。

1.4 热塑性淀粉的概念

天然淀粉具有晶体结构并且不具有可加工性。向淀粉中加入小分子增塑剂并作用于高温剪切力下可制得热塑性淀粉材料^[3]。加入增塑剂后，增塑剂与淀粉之间形成了强氢键，淀粉分子间氢键被更强氢键所取代，分子运动性得到改善，玻璃化转变温度降低，呈无定型状态的淀粉表现出热可塑性，在高温剪切作用下，即可制得热塑性淀粉材料^[4]。

1.5 淀粉塑料的分类

淀粉塑料按淀粉的含量可分为四类^[5]：