摘要
随着石油基塑料在食品包装领域广泛使用，人类社会面临着石油基能源枯竭、生态环境中塑料制品不可生物降解等问题，开发生物材料用于替代不可降解塑料制品刻不容缓。本文制备了乙酰化淀粉、苯甲酰化淀粉(SB )、SB/聚乙烯醇(P V A )复合膜、双重酯化淀粉(DES )和DES/聚乳酸(PLA)复合膜。通过预处理实验研究了多元消晶解聚剂对淀粉乙酰化改性的影响，通过单因素实验探究了反应条件对苯甲酰化淀粉取代度的影响，同时又通过X-射线衍射(XRD)、偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量、差示扫描量热分析(DSC )等表征手段研究了两种改性淀粉的物理化学性质。最后通过溶液浇铸法制备了SB/PVA和DES/PLA复合膜，又通过SEM、XRD、DSC、热重分析(TGA)、透明度、透气性、吸水性、机械性能、分子对接等来探究复合膜的物理化学性能和相互作用机理。具体研究内容如下： (1 )以木薯淀粉为原料，依次对其进行预处理和无水介质的乙酰化处理，通过控制反应时间的变化，制备了不同取代度乙酰化淀粉。并且通过一系列表征手段探究了预处理对乙酰化淀粉颗粒理化性质的影响、高取代度淀粉与低取代度淀粉理化性质的差异。结果表明:预处理可缩短原淀粉乙酰化所需时间，高取代度乙酰化淀粉晶体结构从A型变为V型，偏光十字消失，形貌由圆形变为多孔状，可以在丙酮等有机溶剂中溶解，预处理淀粉乙酰化反应0.5h其疏水接触角就可达(69±0.520)°，淀粉熔融温度降到155℃，分解温度由280℃增加到340℃，使淀粉热稳定性增强，具有热塑性。该研究可在0.5h制备出取代度为2.5的乙酰化淀粉，可以溶解在有机溶剂中。 (2 )以木薯淀粉为原料，苯甲酸酐为酯化剂，在无水介质中合成苯甲酰化淀粉。研究了反应底物物摩尔比、催化剂用量、温度和反应时间对取代程度(DS )的影响，确定了以0.2至1.5的取代度合成苯甲酸淀粉的条件，并通过表征手段探究了苯甲酰化淀粉的理化性质。结果表明，得出最佳制备苯甲酰化淀粉的反应条件为：n(淀粉)：n(：苯甲酸酐)为1:3，反应温度为140℃，催化剂的用量为1000μL，反应时间为2h，在此条件下得到的苯甲酰化淀粉的取代度为1.5。并且随着苯甲酰化淀粉的取代度变大，淀粉的结晶结构逐渐消失，热稳定性增强，形貌由圆形慢慢凹陷变成“甜甜圈”型，疏水性接触角逐渐增大，DS为0.8以上的的苯甲酰化淀粉几乎不能在热水中膨胀。 (3)采用溶液浇铸法制备了SB/PVA复合膜，探讨不同取代度SB与PVA复合膜的性质，以期发展出一种具有良好综合性能的生物基材料。并通过一系列表征技术来综合评估共混薄膜的微观结构、化学组成、热稳定性以及机械性能。结果表明SB淀粉/PVA复合膜的综合性能优于天然淀粉/PVA复合膜，这可能与SB淀粉的苯环基团与PVA具有较强的相互作用力有关。其中SB/PVA复合膜的性能受SB取代度的影响，这是由于较高取代度的淀粉在复合膜制备过程中难以在热水中溶胀有关。其中0.3SB/PVA复合膜具有最小的水蒸气透过率，最好的机械性能，较低的吸水性、较低的不透明度，较高的热稳定性，这些性能对复合膜在食品包装等应用领域潜在用途的意义。 (4 )通过溶液饶铸法制备了厚度约为0.06±0.01mm的不同比例的DES/PLA薄膜。通过SEM、XRD、热性能和分子对接计算研究了DES与PLA之间的相互作用。结果表明DES和PLA之间存在强烈的氢键作用，包括n-H和O-H相互作用，这改变了纯PLA的结晶模式。热性能分析表明，混合膜的T5%和T5q%均低于PLA或DES，表明混合膜中DES和PLA之间的强氢键作用影响了热稳定性。SEM表明混合膜中的两个组分具有良好的相互粘附性，DES和PLA之间没有明显的相分离。物理化学性质分析表明，DES50/PLA50混合膜的断裂伸长率比纯PLA膜高74%，拉伸强度仍高于3.5MPa。DES50/PLA50膜的水蒸气透过性比PLA膜低50%，同时混合膜几乎不具有吸水性。随着DES的添加量增多，一周内DES/PLA膜的微生物降解率比PLA膜高27%到43%。
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