摘 要

本实验按给定梯度将不同比例的α-磷酸锆，分子式为α-Zr(HPO4)2 · H2O（下文简写为α-ZrP）加入玉米淀粉，共混挤出制成TPS/α-ZrP复合材料。利用α-ZrP所具有的层状结构进行淀粉塑料的插层改性。测试制备的淀粉塑料（TPS）力学性能、热性质，通过电子拉力机、热重法和流变仪测量α-ZrP添加量对淀粉塑料力学性能、热稳定性以及加工性能影响。探究α-ZrP片层结构对全淀粉塑料性能的影响。

力学测试结果表明，添加了α-ZrP后，淀粉塑料的断裂伸长率从2.0MPa增加到4.5MPa，增加了125%，冲击强度从50.4KJ/m²最高增加到55.32KJ/m²，增加了9.76%，拉伸模量从156%减少到86%，减少了44.87%。流变性能测试同时显示，在加工温度下TPS/α-ZrP的剪切扭矩相较纯淀粉塑料没有明显变化，添加α-ZrP对淀粉基塑料的可加工性没有不利影响。

总体而言，α-ZrP对淀粉基塑料有比较明显的增强作用，当α-ZrP的添加量为0.2%时，所制备的TPS/α-ZrP复合材料具有最佳的力学强度和较低的断裂伸长率。

关键词：α-磷酸锆；全淀粉塑料；纳米复合材料；插层复合

α-ZrP modified thermoplastic starch

Abstract

Glycerol-plasticized thermoplastic starch/a-zirconium phosphate (TPS/α-ZrP) nanocomposite material with different loading levels of a-zirconium phosphate ( α-ZrP) were prepared by injection moulding method.The effects of the α-ZrP on the structure and properties of the TPS/ZrP material were characterized by Fouriertransform infrared (FT-IR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA) and tensile testing. The results indicated that hydrogenbonds formed between thermoplastic starch (TPS) and α-ZrP, which improved the compatibility between TPS and α-ZrP. Compared with the neat TPS, the tensile strength and elongation at break of the TPS/ZrP nanocomposite material were significantly enhanced with an increase in α-ZrP content. The maximum values of tensile strength and elongation at break reached 4.5 MPa and 95.5%. respectively, at 0.2% α-ZrP and 25% glycerol as plasticizer.The moisture uptake of the nanocomposite material, measured in an environment with 56% relative humidity, was reduced by the addition of α-ZrP. The structure and properties of thermoplastic starch-based material were modified and improved by the incorporation of α-ZrP.

Keywords:Thermoplastic starch ；α-Zirconium phosphate；Nanocomposite material

目 录

1.前言 1

1.1 淀粉塑料概述 1

1.1.1淀粉塑料的分类 1

1.1.2淀粉塑料的结构与性能 2

1.1.3淀粉塑料的改性方法 2

1.2 α-ZrP概述 3

1.2.1 α-ZrP特性 3

1.2.2 α-ZrP合成 3

1.2.3 α-ZrP分散剥离 4

1.3 本课题的目的与意义 4

2 实验部分 5

2.1 实验试剂与仪器 5

2.2 制备α-Zr(HPO4)2 · H2O 6

2.2.1 α-Zr(HPO4)2 · H2O的合成原理 6

2.2.2 α-Zr(HPO4)2 · H2O的制备 6

2.2.3 α-Zr(HPO4)2 · H2O插层改性 6

2.3 α-Zr(HPO4)2 · H2O插层改性 6

2.4 样品制备 6

2.5测试表征 7

2.5.1 FT-IR表征 7

2.5.2 拉伸测试 7

2.5.3 冲击测试 7

2.5.4 TG分析 8

2.5.5 流变测试 8

2.5.6 接触角测试 8

2.5.7 XRD 8

3 结果与讨论 9

3.1 红外表征 9

3.2 拉伸测试 10

3.3冲击测试 11

3.4TG测试 13

3.5流变性能测试 14

3.6接触角测试 16

3.7 XRD 18

4 结论 19

致谢 20

参考文献 21

1 简介

1.1 淀粉塑料概述

随着人们环保意识的提升和社会可持续发展的实际需要，绿色、环保成为材料学进步的时兴方向。淀粉是一种价格低廉的、来源非常广泛的生物高分子，被认为是有可能取代石油基塑料的原材料之一，已经广泛应用于农业，制药，包装等方面。可以说全淀粉塑料因为原料来源广泛、可再生的优势具有巨大的应用前景，但是自淀粉塑料诞生之日起，和合成高分子相比淀粉基塑料的机械强度不足和耐湿性差的缺陷就一直限制了淀粉塑料的使用。尤其是全淀粉塑料因为对填料含量的限制，性能提升瓶颈尤为明显.

淀粉是一种天然的半结晶聚合物，一般是直链淀粉和酯化淀粉的混合物，直链淀粉几乎是线性的，完全α（1-4）连接，而支化淀粉则存在不连续的α（1-6）连接方式，其几率约为5%，由此淀粉的每个糖苷环上有3个自由羟基^[1]。

1.1.1淀粉塑料的分类

淀粉基生物降解塑料可分为3类：淀粉填充塑料、淀粉共混塑料和全淀粉塑料。

（1）淀粉填充塑料