硼酸交联对挤出吹塑变性淀粉聚乙烯醇复合膜性能地影响.doc

硼酸交联对挤出吹塑变性淀粉/聚乙烯醇复合膜性能的影响王文涛1秦洋1代养勇1张慧1董海洲1侯汉学1基金项目:国家自然科学基金(31371747),“十二五”国家科技支撑计划(2015BAD16B05-03),山东省农业重大应用技术创新项目(201507),“双一流”奖补资金(SYL2017XTTD01),山东省自然科学基金(ZR2017BC018),博士后科研工作站研究课题(201701)收稿日期:2017-09-07作者简介:王文涛,男,1988年出生,讲师,粮食、油脂及植物蛋白工程通讯作者:侯汉学,男,1974年出生,副教授,粮油加工工程陈宁2崔言峰2(山东农业大学食品科学与工程学院;山东省粮食加工技术工程技术研究中心1,泰安271018)(山东金胜粮油集团有限公司2,临沂276600)摘要为了提高淀粉基复合膜的阻水性,拓宽淀粉膜的应用范围,以羟丙基二淀粉磷酸酯与聚乙烯醇(PVA)为成膜原料,硼酸为交联剂,采用挤出吹塑工艺制备了淀粉/PVA复合膜。分析了粒料的流变性能,研究了淀粉膜的交联密度、力学性能、阻隔性能、疏水性能以及微观形貌等性质。结果表明,随着硼酸添加量的增加,淀粉/PVA复合材料的熔体流动性下降,淀粉/PVA复合膜的阻氧、阻水性能增强,而淀粉膜的抗拉强度和拉伸模量呈降低趋势,断裂伸长率先升高后降低。添加1%的硼酸,淀粉/PVA复合膜的表面更加均匀平整,疏水性最强,具有最小的溶胀度、最大的凝胶质量和最高的交联密度。关键词硼酸淀粉聚乙烯醇吹塑中图分类号:TS231文献标识码:A文章编号:1003-0174()--石油基塑料造成了严重的全球性环境问题,开发生物降解材料已成为当前的研究热点。淀粉是一种天然的高分子材料[1],聚乙烯醇(PVA)是一种合成的高分子聚合物[2],二者均可完全生物降解。淀粉和PVA都是亲水性高分子,两者具有较好的相容性。淀粉/PVA复合膜具有良好的机械性能和透明度,并且对氧气和芳香气体有较好的阻隔性能[3],是众多生物降解材料中,最有应用潜力的一种全降解包装材料。由于淀粉和PVA分子中富含羟基(-OH),所制备的复合膜亲水性和吸湿性较强,具有较强的水分敏感性和较差的水蒸气阻隔性能,当其所处的环境湿度改变时,其力学性能变化较大,严重限制了淀粉/PVA复合膜的广泛应用[4]。为了解决该问题,已有大量文献通过不同的方法进行研究,其中对淀粉和PVA分子进行交联改性较为有效,所用交联剂包括醛类(甲醛、乙二醛、戊二醛)、环氧***丙烷等[5-7]。但这些交联剂都有一定的刺激性和毒性,对环境会造成一定的污染,严重降低了复合膜的品质和安全性。硼酸作为一种安全无毒、环境友好的交联剂,可与淀粉和PVA发生不同程度的交联。王宁等[8]研究表明,硼酸可以与PVA形成交联网络。Yin等[9]研究表明硼酸的交联作用可以改善淀粉/PVA复合膜的耐水性。但是,该研究采用溶液流延工艺制备淀粉/PVA复合膜,存在生产效率低、设备投资大和能耗高等缺陷,严重制约了淀粉复合膜的推广应用。另一方面,在相同配料的情况下,不同工艺制备的膜材料性能差别极其显著[10]。目前,采用挤出吹塑工艺,研究硼酸交联对淀粉/PVA复合膜性能的影响鲜见报道。因此,本试验以成膜性良好的羟丙基二淀粉磷酸酯和PVA为成膜原料,采用连续、高效的挤出吹塑工艺,研究不同硼酸添加量对其性能的影响,旨在提高淀粉基复合膜的阻水性、疏水性和生产效率,为促进淀粉基复合膜的推广应用提供技术支撑。:杭州普罗星淀粉有限公司;聚乙烯醇(PVA-2488,聚合度2400,醇解度88):中国石化集团四川维尼纶厂;甘油、硬脂酸、硼酸:分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司。-50型高速搅拌机:张家港市宏基机械有限公司;双螺杆造粒机、单螺杆挤压吹塑机:莱芜市精瑞塑料机械有限公司;XLY-III流变仪:吉林大学科教仪器厂;QuantaFEG250电子扫描显微镜:美国FEI公司;TA-X2i物性测试仪:英国StableMicroSystem公司;PERMETMW3/030水蒸气透过率测试仪、VAC-V1气体渗透仪:济南兰光机电技术有限公司;Tracker界面张力/流变仪:法国Teclis公司。(淀粉和PVA质量比为1:1)、硬脂酸(占淀粉/PVA质量的2%)和硼酸(分别占淀粉/PVA总质量的0%、1%、2%、4%、6%)加入到高速搅拌机中,密封顶盖,低速(5Hz)搅拌5min。打开助剂阀门,将甘油(占淀粉/PVA质量的40%)缓缓加入到高速搅拌机中,高速(20Hz)搅拌10min。将所得混合物料在聚乙烯塑料袋中密封放置24h。然后将混合物料通过双螺杆造粒机挤压造粒,造粒机一区、二区