淀粉的改性及其对淀粉/PBAT/碳酸钙复合材料结构和性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.007

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 40-46.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.007

淀粉的改性及其对淀粉/PBAT/碳酸钙复合材料结构和性能的影响

赵小红¹^,²(), 卢杏¹

^1.贺州学院材料与化学工程学院，广西贺州，542899
^2.广西碳酸钙资源综合利用重点实验室，广西贺州，542899

收稿日期:2023-09-04 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
作者简介:赵小红（1979—），女，副教授，主要研究方向为化工、材料,mshong_200@163.com
基金资助:
贺州学院博士科研启动基金项目(HZUBS201706);广西科技计划项目(桂科AD23023008)

Effect of starch modification on structure and properties of starch/PBAT/calcium carbonate composites

ZHAO Xiaohong¹^,²(), LU Xin¹

^1.College of Materials and Chemical Engineering，Hezhou university，Hezhou 542899，China
^2.Guangxi Key Laboratory of Calcium Carbonate Resources Comprehensive Utilization，Hezhou 542899，China

Received:2023-09-04 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22

摘要/Abstract

摘要：

采用甘油、六偏磷酸钠（SHMP）和聚乙二醇（PEG）改性木薯淀粉并制备改性淀粉/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）/碳酸钙复合材料，采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）、热失重分析仪（TG）等对改性淀粉和复合材料进行分析，研究改性淀粉对复合材料结构和性能的影响。结果表明，甘油的外增塑作用和PEG、SHMP的内增塑作用使淀粉化学结构改变、无定形成分增加，淀粉颗粒由饱满的圆球状变成了不规则的大颗粒，250 ℃前稳定性提高，250 ℃后稳定性降低，有利于使用加工和热分解，不同改性剂改性淀粉结晶熔融行为存在差异；复合不会改变PBAT、碳酸钙和淀粉的原有晶型，但相容性的差异导致复合材料热性能和力学性能的差异，改性淀粉增加了复合材料的韧性，甘油、SHMP和PEG的协同改性使淀粉与PBAT、碳酸钙的相容性最佳，复合材料的综合性能最好。

关键词: 木薯淀粉, 聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯, 碳酸钙, 复合材料

Abstract:

Glycerol， sodium hexametaphosphate （SHMP）， and polyethylene glycol （PEG） were used to modify cassava starch， and then， the modified starch/PBAT/calcium carbonate composites were prepared. The modified starch and its composites were analyzed by using FTIR， XRD， SEM， DSC and TG. The influence of modified starch on the structure and properties of the composites was investigated. The results indicated that the outer plasticization of glycerol and the inner plasticization of PEG and SHMP changed the chemical structure of starch. The amorphous components of modified starch increased. The starch particles were changed from a full spherical shape to the irregular large one. The thermal stability of the modified starch was improved before 250 ℃ but deteriorated after 250 ℃， which is beneficial to its processing and thermal decomposition. There are differences in the crystallization and melting behavior of the starch modified with different modifiers. In the composites， there was no change in the original crystal forms of PBAT， calcium carbonate， and starch； however， the differences in compatibility led to differences in the thermal and mechanical properties of the composites. The modification of starch improved the toughness of the composites. The synergistic modification of glycerol， SHMP， and PEG resulted in the good compatibility of starch with PBAT and calcium carbonate， and the composites achieved the optimal comprehensive performance.

Key words: cassava starch, poly（butylene adipate terephthalate）, calcium carbonate, composite materials

中图分类号:

TQ323.4⁺1

赵小红, 卢杏. 淀粉的改性及其对淀粉/PBAT/碳酸钙复合材料结构和性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 40-46.

ZHAO Xiaohong, LU Xin. Effect of starch modification on structure and properties of starch/PBAT/calcium carbonate composites[J]. China Plastics, 2024, 38(4): 40-46.

图/表 14

样品编号	木薯淀粉含量	甘油含量	PEG含量	SHMP含量
a	原淀粉	—	—	—
b	100	20	0	0
c	100	20	0	5
d	100	20	5	0
e	100	20	2	3
f	100	20	3	2

表1 改性淀粉的样品配方表 (份)

Tab.1 Sample formula for the modified starch

图1 木薯淀粉和改性木薯淀粉的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of the neat and modified cassava starch

图2 木薯淀粉和改性木薯淀粉的XRD谱图

Fig.2 XRD of the neat and modified cassava starch

图3 木薯淀粉和改性木薯淀粉的SEM照片

Fig.3 SEM of the neat and modified cassava starch

图4 木薯淀粉和改性木薯淀粉的TG和DTG曲线

Fig.4 TG and DTG curves of the neat and modified cassava starch

样品编号	30~130 ℃分解情况	快速分解阶段情况			800 ℃残炭率/%
样品编号	30~130 ℃分解情况	开始/℃	结束/℃	T_d，max/℃	800 ℃残炭率/%
a	质量损失12 %，77 ℃分解最快	285	370	333.51	2.23
b	4.5 %	258	331	335.36	5.60
c	6.3 %	249	319	305.61	15.85
d	5.6 %	264	356	328.39	3.26
e	5.5 %	261	319	305.61	14.75
f	3.7 %	258	331	312.59	12.22

表2 木薯淀粉和改性木薯淀粉的热分解特征

Tab.2 Thermal decomposition characteristics of the neat and modified cassava starch

图5 木薯淀粉和改性淀粉的DSC升温曲线

Fig.5 DSC curves of the neat and modified cassava starch

图6 淀粉和不同改性淀粉复合材料的XRD谱图

Fig.6 XRD spectra of the starch and different modified starch composites

图7 淀粉和不同改性淀粉复合材料的SEM照片

Fig.7 SEM of the starch and different modified starch composites

图8 不同改性淀粉复合材料的TG和DTG曲线

Fig.8 TG and DTG curves of different modified starch composites

样品编号	第一阶段				第二阶段
样品编号	温度范围/℃	T_d1，max/℃	失重率/%	温度范围/℃	T_d2，max/℃	失重率/%
a’	258~364	335.5	24.5	364~451	417.44	86.4
b’	258~364	337	33	364~451	419.76	82.4
c’	258~349	310	20.6	349~451	421.22	76.7
d’	283~363	337	20.6	363~451	417.07	80.3
e’	260~352	318	22.15	352~451	416.32	76.8
f’	260~353	321	22.2	353~451	416.72	76.9

表3 不同淀粉复合材料的热分解特性参数

Tab.3 Thermal decomposition characteristics parameters of different modified starch composites

图9 淀粉和不同改性淀粉复合材料的DSC曲线

Fig.9 DSC curves of the starch and different modified starch composites

样品编号	T_c/℃	T_m/℃
a’	56.37	116.15
b’	63.89	122.38
c’	64.18	122.71
d’	63.98	121.63
e’	63.09	123.17
f’	63.12	124.22

表4 淀粉和不同改性淀粉复合材料的结晶温度和熔融温度

Tab.4 Crystallization and melting temperature of the starch and different modified starch composites

图10 不同改性淀粉复合材料的力学性能

Fig.10 Mechanical properties of different modified starch composites

参考文献 8

1	宋力，赵晶晶，王战勇，等. 生物降解塑料降解技术及其前景展望［J］. 塑料，2020（5）：88⁃91，120.
	SONG L， ZHAO J J， WANG Z Y，et al. Biodegradable plastic degradation technology and the prospects［J］. Plastics， 2020（5）：88⁃91，120.
2	刘彩云，陈衍玲，王景，等. 生物降解材料的性能及应用研究进展［J］. 塑料科技，2022（7）： 81⁃85.
	LIU C Y， CHEN Y L， WANG J， et al. Research progress on properties and applications of biodegradable materials［J］. Plastics Science and Technology， 2022（7）： 81⁃85.
3	刘群，张玉苍. 改性淀粉基生物降解塑料的研究进展［J］. 化工进展，2020， 39（8）： 3 124⁃3 134.
	LIU Q， ZHANG Y C. Progress of modified starch⁃based biodegradable plastics［J］. Chemical Industry and Engineering Procress， 2020， 39（8）： 3 124⁃3 134.
4	王孟坤，罗兴武. 芋头淀粉改性方法及其应用研究进展［J］. 中南农业科技，2022， 43（3）： 157⁃160
	WANG M K， LUO X W. Research progress of taro starch modification and its application ［J］. South⁃Central Agricultural Science and Technology， 2022， 43（3）： 157⁃160
5	寇志敏. 小分子增塑剂对淀粉热塑化改性及性能影响的研究进展［J］. 包装工程，2021， 42（15）： 148⁃155.
	KOU Z M. Research progress of small molecule plasticizer on thermoplasticizing modification and properties of starch［J］. Packaging Engineering， 2021， 42（15）： 148⁃155.
6	Wang L， He J， Wang Q， et al. Lignin reinforced， water resistant， and biodegradable cassava starch/PBAT sandwich composite pieces［J］. Journal of Polymer Engineering， 2021， 41（9）： 818⁃826
7	田银彩，董安旺. PBAT/热塑性玉米淀粉共混改性对结构和力学性能影响［J］. 中国塑料，2020， 34（9）： 33⁃37.
	TIAN Y C， DONG A W. Effect of blending modification on structure and mechanical properties of pbat/thermoplastic corn starch composites［J］. China Plastics， 2020， 34（9）： 33⁃37
8	赵小红，陈家莉，梁小惠. 不同类型木质素基表面活性剂为控制剂制备碳酸钙［J］. 无机盐工业，2021， 53（7）： 58⁃62.
	ZHAO X H， CHEN J L， LIANG X H. Preparation of Calcium carbonate using different type of lignin based surfactant as control agents［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2021， 53（7）： 58⁃62.

[1]	国江, 许梦伊, 李辉, 黄想, 林浩, 姜胜宝, 陈尚, 陈程. 聚丙烯/氧化锆复合材料的制备及介电性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 44-48.
[2]	陈清江, 董志聪, 李红发, 吴毅江, 高松, 聂文翔, 罗应文. 改性纳米氧化镁交联聚乙烯复合材料的制备及其电气性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 20-25.
[3]	段书谦, 刘姝雅, 刘江慧, 成晓琼, 蒙丹, 张先群, 陈肖, 付海. 网络化聚吡咯/聚氨酯复合材料的抗静电性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 33-38.
[4]	韩志勇, 马斯景, 路鹏程. 铝合金与复合材料连接表面处理方法的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 124-133.
[5]	相利学, 唐波, 周刚, 代旭明, 王二轲, 姜涛, 吴新锋. 3D打印技术在高导热复合材料中的应用研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 125-132.
[6]	杨喜英, 陈梦, 张文才, 裴强. SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 45-54.
[7]	李家伟张克宏李文慧郭星雨丁宇. 聚羟基脂肪酸酯/茶粉复合材料的制备与性能研究[J]. , 2023, 37(6): 10-15.
[8]	王怡佳张燕陈婷刘继延刘学清. 聚氨酯/甲基二苯基氧化膦的冷结晶及阻燃性能研究[J]. , 2023, 37(5): 104-109.
[9]	管羽付烨翁云宣. 生物降解聚酯降解性能调控研究进展[J]. , 2023, 37(3): 103-112.
[10]	金清平, 刘运蝶. 纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 121-128.
[11]	董竞辉, 桑晓明, 陈祯, 尹伟浩, 姜骞, 陈兴刚. 短切碳纤维对聚苯腈/碳纤维复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 31-37.
[12]	李传敏, 杨建军, 李洋, 王洛唯. PDMS/SiC功能梯度复合材料3D打印主动混合喷头结构设计与工艺参数优化[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 71-76.
[13]	沈海娟, 李承高, 郭瑞, 辛美音, 黄翔宇, 张中慧, 咸贵军. 碳⁃玻璃纤维增强复合材料混杂杆体的锚固性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 15-23.
[14]	杨喜英, 张文才, 赵志新. 纳米碳酸钙/废旧聚乙烯功能化复合改性沥青性能影响及机理研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 85-92.
[15]	焦锐敏, 何小芳, 董青松, 王林, 曹新鑫. 共改性煤粉增强丁苯橡胶的硫化、力学和热稳定性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 46-53.

淀粉的改性及其对淀粉/PBAT/碳酸钙复合材料结构和性能的影响

Effect of starch modification on structure and properties of starch/PBAT/calcium carbonate composites

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 8

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价