不同紫外波长对热塑性淀粉塑料表面的光交联改性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2020.06.007

中国塑料 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (6): 40-44.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2020.06.007

不同紫外波长对热塑性淀粉塑料表面的光交联改性研究

陈春昊¹, 缪中美¹, 席梦华¹, 郭斌¹^,²^,³(), 黄亚男²^,³

^1.南京林业大学理学院, 南京 210037
^2.河南省农林产品深加工院士工作站, 河南漯河 462600
^3.南街村集团博士后科研工作站，河南漯河 462600

收稿日期:2020-02-14 出版日期:2020-06-26 发布日期:2020-06-26
基金资助:
年度南京林业大学大学生创新训练计划项目(201810298078Y)

Study on Surface Modification of Thermoplastic Starch Plastics through Photo⁃crosslinking at Different Ultraviolet Wavelengths

Chunhao CHEN¹, Zhongmei MIAO¹, Menghua XI¹, Bin GUO¹^,²^,³(), Yanan HUANG²^,³

^1.College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
^2.Agricultural and Forest Products Processing Academician Workstation of Henan Province, Luohe 462600, China
^3.Post?Doctoral Research Center of Nanjiecun Group, Luohe 462600, China

Received:2020-02-14 Online:2020-06-26 Published:2020-06-26
Contact: Bin GUO E-mail:gbm@njfu.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

为有效提高热塑性淀粉塑料（TPS）的力学和耐水性能，本文提出用不同波长的紫外光照的方法来实现TPS表面的光交联改性。将光引发剂2,4,6?三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦（TPO）的乙醇溶液涂覆于TPS表面后进行紫外光照射，研究了不同紫外光波长（254、308、365 nm）对TPS交联度、力学性能、动态力学性能、耐水性和吸湿性的影响。结果表明，与254 nm和365 nm紫外光照后的样品相比，308 nm光照后TPS样品的拉伸、弯曲和冲击强度最大，分别为4.1 MPa，2.7 MPa和96.8 kJ/m²;TPS中淀粉富集区的玻璃化转变温度（T_α）、甘油富集区的玻璃化转变温度（T_β）分别达最高为-37.48 ℃和50.32 ℃，表面接触角最大为75 °，吸水性能也得到显著改善，交联度结果证实此时形成了最佳的交联结构。

关键词: 热塑性淀粉：紫外光, 光交联, 改性

Abstract:

To improve the mechanical and water?resistant properties of thermoplastic starch plastics (TPS), a photo?crosslinking modification was conducted on the surface of TPS with 2,4,6?trimethylbenzoyldiphenyl phosphine oxide as a photoinitiator under the ultraviolet (UV) irradiation at different wavelengths. The effect of UV wavelength on the cross?linking degree, stretching performance, dynamic mechanic properties and water?resistance of modified TPS was investigated. The results indicated that the modified TPS achieved the maximum tensile strength of 4.1 MPa, flexural strength of 2.7 MPa, and impact strength of 96.8 kJ/m². The modified TPS exhibited two glass transition temperatures at -37.48 and 50.32 °C in the starch and glycerol domains, respectively. Moreover, a maximum contact angle of 75 °C was obtained for the modified TPS, and their water resistance was improved remarkably. The characterization of cross?linking degree further confirmed that the TPS gained an optimum crosslinking structure.

Key words: thermoplastic starch：ultraviolet light, photocrosslinking, modification

中图分类号:

TQ321

陈春昊, 缪中美, 席梦华, 郭斌, 黄亚男. 不同紫外波长对热塑性淀粉塑料表面的光交联改性研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(6): 40-44.

Chunhao CHEN, Zhongmei MIAO, Menghua XI, Bin GUO, Yanan HUANG. Study on Surface Modification of Thermoplastic Starch Plastics through Photo⁃crosslinking at Different Ultraviolet Wavelengths[J]. China Plastics, 2020, 34(6): 40-44.

图/表 8

图1 TPO的紫外吸收光谱

Fig.1 UV spectrum of TPO

图2 不同紫外波长照射TPS的交联度

Fig.2 Crosslinking degree of TPS irradiated with UV of different wavelengths

紫外光波长/nm	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa	冲击强度/kJ^.m^-2
未光照	2.9±0.1	1.1±0.1	56.2±1.5
254	3.8±0.1	2.5±0.1	75.7±1.7
308	4.1±0.1	2.7±0.2	96.8±2.0
365	3.3±0.2	2.2±0.2	69.0±3.9

表1 不同紫外光照射后TPS的力学性能

Tab.1 Mechanical properties of TPS irradiated by different ultraviolet light

图3 不同紫外波长照射TPS的DMA曲线(5 Hz)

Fig.3 DMA curves of TPS irradiated with UV of different wavelength(5 Hz)

紫外光波长/nm	T_β/℃	T_α/℃
未光照	-40.57	35.34
254	-40.51	47.27
308	-37.48	50.32
365	-39.46	45.17

表2 不同波长紫外照射TPS的转变温度

Tab.2 TPS transition temperatures irraduated with UV of wavelength

图4 样品表面接触角

Fig.4 Contact angle of TPS irradiated with different UV wavelengths

图5 不同紫外波长照射TPS的吸湿动力学曲线

Fig.5 Hygroscopic curves of TPS irradiated with UV of different wavelength

紫外光波长/nm	C₁	C₂	t₀/h^1/2	M_∞/%
未光照	-4.272 7	8.158 4	2.774 4	6.005 1
254	-1.909 1	6.261 0	6.841 6	5.585 8
308	-1.241 8	5.275 4	7.825 2	5.217 0
365	-2.760 1	5.884 26	4.306 3	5.697 2

表3 不同紫外波长照射TPS的吸湿动力学曲线参数

Tab.3 Hygroscopic kinetic curve parameters of TPS irradiated with UV of different wavelength

参考文献 15

1	MARC H. The Promise of Plastics from Plants[J]. Science, 2017, 358(6365):868⁃870.
2	MASON C, VIVEKANANDHAN S, MISRA M, et al. Switchgrass (Panicum Virgatum) Extract Mediated Green Synthesis of Silver Nanoparticles[J]. World Journal of Nano Science and Engineering, 2012, 2(2):47⁃52.
3	查东东, 郭斌, 李本刚,等. 热塑性淀粉耐水性的化学与物理作用机制[J]. 化学进展, 2019, 31(1):168⁃178.
	CHA D, GUO B, LI B, et al. Chemical and Physical Mechanism of Water Resistance of Thermoplastic Starch [J]. Advances in Chemistry, 2019, 31 (1): 168⁃178.
4	查东东，周文，郭斌等.热塑性淀粉力学性能的提升途径及作用机理[J]. 化学进展，2019，31（7）:1042⁃1053.
	CHA D, ZHOU W, GUO B, et al. Ways and Mechanism of Improving the Mechanical Properties of Thermoplastic Starch [J]. Advances in Chemistry, 2019, 31 (7): 1 042⁃1 053.
5	MOHAN T P，KANNY K. Thermoforming Studies of Corn Starch⁃derived Biopolymer Film Filled with Nanoclays[J]. J Plast Film Sheet，2016,32（2）：163⁃188.
6	COVA A，SANDOVAL A J，BALSAMO V，et al. The Effect of Hydrophobic Modifications on the Adsorption Isotherms of Cassava Starch[J]. Carbohydr Polym，2010,81（3）：660⁃667.
7	魏海香，邬应龙. 大米交联淀粉的制备及其冻融稳定性的研究[J]. 食品研究与开发，2006，27（2）：18⁃23.
	WEI H, YUN Y. Preparation of Rice Cross⁃linked Starch and Its Freeze⁃thaw Stability [J]. Food Research and Development, 2006, 27 (2): 18⁃23.
8	NIAZI M B K, BROEKHUIS A A. Surface Photo⁃crosslinking of Plasticized Thermoplastic Starch Films[J]. European Polymer Journal, 2015, 64:229⁃243.
9	DELVILLE J, JOLY C, DOLE P, et al. Solid State Photo⁃crosslinked Starch Based Films: A New Family of Homogeneous Modified Starches[J]. Carbohydrate Polymers, 2002, 49(1):71⁃81.
10	ZHOU J, ZHANG J, MA Y, et al. Surface Photo⁃crosslinking of Corn Starch Sheets[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 74(3):405⁃410.
11	韩梓军, 查东东, 银鹏，等. 表面光交联对热塑性淀粉力学和耐水性能的影响[J]. 中国塑料, 2018, 32(5): 68⁃72.
	HAN Z, CHA D, YIN P, et al. Effect of Surface Light Crosslinking on the Mechanical Properties and Water Resistance of Thermoplastic Starch [J]. China Plastics, 2018, 32 (5): 68⁃72.
12	银鹏，孙悦，张弛，等. 表面紫外交联对淀粉塑料性能的影响[J]. 塑料工业，2018,46（2）：85⁃87.
	YIN P, SUN Y, ZHANG C, et al. Effect of Surface UV Crosslinking on Properties of Starch Plastics [J]. Plastic Industry, 2018, 46 (2): 85⁃87.
13	Delville J, Joly C, Dole P, et al. Solid State Photocrosslinked Starch Based Films: A New Family of Homogeneous Modified Starches[J]. Carbohydrate Polymers, 2001, 49(2002):71⁃81.
14	张建.热塑性淀粉的表面光交联改性研究[D]. 吉林：吉林大学，2008.
15	孙丽. 纤维增强环氧树脂复合材料吸湿行为的有限元研究[D].天津：天津大学，2007.

[1]	冯凯, 李永青, 马秀清, 韩颖. 聚甲醛增韧改性的研究进展及应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 157-164.
[2]	陈轲, 刘鸣飞, 赵彪, 潘凯. 有机硅改性高分子材料阻燃及耐烧蚀性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 149-154.
[3]	邓天翔, 许利娜, 李守海, 张燕, 姚娜, 贾普友, 丁海阳, 李梅. PVC接枝改性及交联改性方法研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 140-148.
[4]	王镕琛, 张恒, 孙焕惟, 段书霞, 秦子轩, 李晗, 朱斐超, 张一风. 医疗卫生用聚乳酸非织造材料的制备及其亲水改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 158-166.
[5]	赵新新, 金晓冬, 施妍, 孙诗兵, 吕锋, 田英良, 赵志永. 基于紫外⁃臭氧辐照的挤塑聚苯乙烯表面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 8-13.
[6]	陈文静, 杨小龙, 韩顺涛, 韩颖, 马秀清. 聚丙烯腈材料改性方法及研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 158-165.
[7]	董露茜, 徐芳, 翁云宣. 聚乙醇酸改性及其应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 166-174.
[8]	李素圆, 刘会鹏, 龚舜, 黄国桃, 李玉才, 吴鑫, 邓建平, 潘凯. 热塑性聚酰胺弹性体改性EVA复合发泡材料的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 6-14.
[9]	马嘉森, 薛永兵, 郭旗, 刘振民. 废旧塑料改性剂改性沥青的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 131-138.
[10]	仇洪波. 基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 182-196.
[11]	李永青, 杨小龙, 陈文静, 闫晓堃, 马秀清. 改性剂及高密度聚乙烯插层和剥离蒙脱石的分子动力学模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 67-74.
[12]	金福锦, 郝雨楠, 焦红文, 赵宏宇. 建筑绝热用石墨改性挤塑聚苯乙烯泡沫板的应用及标准解读[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 109-115.
[13]	孙国华, 张信, 武德珍, 侯连龙. 高性能聚酰亚胺复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 147-155.
[14]	陆伟鑫, 陆冲, 王斌, 胡晶, 吴菁菁, 周秦鹏. 环氧改性剂对PA6/EVOH共混物性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 8-14.
[15]	黎帅, 龙春光, 闵建新, 周卓. 基于改性PET的极限PV值测试及摩擦学性能比较研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 87-94.

不同紫外波长对热塑性淀粉塑料表面的光交联改性研究

Study on Surface Modification of Thermoplastic Starch Plastics through Photo⁃crosslinking at Different Ultraviolet Wavelengths

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价