粘土含量和粘土改性对木薯淀粉高岭土复合膜性能的影响 - 图文

粘土含量和粘土改性对木薯淀粉高岭土复合膜性能的影响

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文章历史：2011年8月25日收到 2011年11月24日收到修改稿 2011年11月30日接受 2011年12月9日可在线阅读

关键词：综合 高岭石 淀粉 玻璃化转变 透明度 吸水

摘要：高岭石含量影响范围在玻璃化转变增塑淀粉基质和分解温度，水分吸收，透明度和紫外可见光阻挡被报告出来。当预先用二甲基亚砜插层时该复合体内的高岭石粘土剥落被增强。二甲基亚砜插层高岭土带来的优点为在聚合物基质中的粘土分散液的透明性和水分的吸收。当二甲基亚砜插层高岭土被使用且粘土负载在2％~6％时，膜的透明性得以较好的保存，从而导致了紫外线光传输的显著减少。

1.引言：本研究对可生物降解的聚合物材料有着极大的兴趣。目前已有广泛的对天然聚合物的研究如蛋白，玉米醇溶蛋白，木质素，纤维素，壳多糖和淀粉。在这些里面，淀粉是最让人特别感兴趣的，它是一种可再生的，容易获得，且成本相对较低的原材料。经过适当的处理，淀粉以及其他的生物大分子可用于各种应用，例如粘合剂，造纸，纺织品，生物医学，热固性树脂，泡沫和薄膜。在包装应用领域，塑化淀粉可以帮助处理与化石有关的包装废弃物。然而，水敏性，脆性和灵敏度的各种机械性能，以各种条件阻碍了其扩展应用，并证明了需要不断的改进淀粉膜的性能。这些改进可以通过对各种方式进行探索，例如混合其他聚合物（主要是合成的）。

由于其高纵横比和其纳米级厚度的片状结构，粘土被广泛地用作聚合物复合材料的填料。聚合物基体内含有少量的分散性较好的粘土可提高聚合物填料交互的表面积(Ray & Bousmina, 2005)。 聚合物填料的相互作用也会增强，因为粘土通过氢键、络合作用或静电相互作用

产生表面反应活性。

对于大多数的聚合物 - 粘土复合材料，2:1粘土，如蒙脱石、合成锂皂石和

锂蒙脱石的研究，它们通常作为增强相，由于它们可以被剥离，这导致它们在基体中会形成最佳分布(Avella et al., 2005; Chen & Evans, 2005; Park, Lee, Park, Cho, & Ha, 2003; Park, Misra, Drzal, & Mohanty, 2004; Wilhelm, Sierakowski, Souza, & Wypych, 2003a)。弱扩展粘土，如高岭石、丰富和无处不在1:1的粘土却很少使用(Carvalho, Curvelo, & Agnelli, 2001; Chen&Evans, 2005; Wilhelm, Sierakowski, Souza,&Wypych, 2003b)。迄今，粘土掺入淀粉基材料的许多优点已被证实。Park等人 (2002，2003）表明，对于5％粘土含量的马铃薯淀粉蒙脱土复合材料其断裂伸长率、拉伸强度、热分解温度会显著增加，而水蒸气的扩散会降低。Wilhelm等人（2003年）表明，添加50％的锂蒙脱石会使卡拉淀粉复合材料的耐压缩性增加70%，但是，同时，伸长率减少50％。2005年，Avella等人，通过迁移测试研究了淀粉蒙脱石薄膜的性能，结果表明根据欧洲法规对可生物降解包装的要求，该薄膜可以成功的使用。在所有情况下，无论所使用的粘土的类型，其在聚合物基质中的存在被证明可显著影响聚合物的性质。

我们研究兴趣是使用丰富和低成本的材料：木薯淀粉和高岭石粘土，来生产复合材料。为此，研究复合材料的物理和化学性质，以及对决定结果的交互作用的理解是本文所感兴趣的。 确定观察到感兴趣的属性点。聚合物材料的性质是由聚合物链之间的相互作用决定的。在淀粉质类材料的情况下，柔性膜是通过生淀粉内的链 - 链相互作用的减少而获得，这是由于加入了增塑剂。增塑剂和聚合物链之间的低能量相互作用允许链在彼此之上轻易的滑动，这会提高适当的粘弹性，作为作塑料材料使用。在本文工作中，我们使用甘油作为增塑剂，因为它是一种有效的和无毒的增塑剂。另外一个影响复合材料的重要因素是填料的分散程度(Okamoto, 2005)。蒙脱石，通常用于聚合物 - 粘土复合材料，它很容易分散，因为粘土片具有高的电荷会产生静电斥力，而高岭土相不同，其中粘土薄片之间的相互作用是强氢键。为了增强高岭土在复合材料中的分散程度，在高岭土中插入非质子极性分子，如二甲基亚砜（DMSO），是一个简单的弱化粘土板相互作用的方法。

在聚合物材料的重要属性中，玻璃化转变温度(Tg)是人们非常感兴趣的，它决定了该材料的使用和储存条件(Lourdin, Coignard, Bizot, & Colonna, 1997)。因此，我们重点放在评估粘土含量对复合淀粉膜Tg的影响。聚合材料的另一个重要方面

是分解行为; 我们研究了粘土含量对淀粉基质降解的影响。为了进一步探讨的粘土含量的影响，我们还研究了吸水（WU）和复合膜的紫外光阻隔性能。

2.材料2 2.1.粘土材料

在喀麦隆西部地区收集了富含高岭石的粘土，其矿物组成如下：76.5％的高岭石; 10.4％伊利石; 3.4％的TiO 2，2％的氧化铁，4％的SiO 2。高岭土矿床位于的糜棱悬崖底部。该高岭土的成因已被Njoya等(2006)确立为水热过程的结果。本研究中使用的样本是来自岩浆侵入储备的沙壤。其馏分小于40微米，标记为K3，通过湿筛收集。使用Gardolinski, Carrera和Wypych (2000)等人的改编方法制备DMSO夹层高岭石（标记为K3D）。夹层的有效性可通过X射线衍射检查和傅里叶变换红外光谱进行检测。

2.2. 木薯淀粉

木薯淀粉是从喀麦隆生产的木薯块茎中通过水萃取得到的。淀粉是手动研磨的，且在100微米的水平进行筛选。筛选过的淀粉储存在室温下的高密度聚乙烯瓶中。淀粉被干燥至恒重，其在105摄氏度下的水分含量测定为14%。在550摄氏度温度下的马弗炉中点火测定的淀粉的灰分含量为0.3%。配置法测定的水结合能力（d.b）为93%。我们使用元素CHNS分析器卡尔埃尔巴1108测定了碳、氢和氮的各自含量，分别为39.06%、7.53%和0.05%。氮含量很低，表明蛋白原料较少。

3. 膜制备

制备方法改编自Godbillot、Dole、Joly、Roge和Mathlouthi (2006)；Laohakunjit和Noomhorm (2004); 以及Zeppa、Gouanve和Espuche (2009)所使用的方法。在含有30%（质量比）甘油的5%淀粉水悬浮液中，添加了不同量的粘土（原材料或DMSO夹层）。随后将悬浮液在80摄氏度的温度下进行热混合，然后放置在空气中进行干燥。干燥以后，将膜储存在室温环境下的低密度聚乙烯袋中。高岭石的添加量用其在淀粉质量中的重量百分比表示。

4. 特性描述

4.1. X-射线分析

我们使用Bruker公司生产的带有钴钾离子辐射的D8衍射仪记录了X射线的衍射模式，该衍射仪的运行电压和电流分别为35千伏和45毫安。在扫描速度为1度每分钟的1.5度至32度范围之间获得衍射图案。布拉格定律给出了层状硅酸盐的层间距（d）：λ=2dsinθ，其中θ为衍射角，λ为波长。

4.2. 傅里叶变换红外（FTIR）光谱

使用Bruker傅里叶变换干涉仪IFS 55在漫反射模式下记录红外光谱。光谱记录通过200次扫描叠加完成，其范围为4000cm?1到 600cm?1分辨率为4 cm?1。分析前，粉状粘土或淀粉（约10毫克）通过与70mg烘干后的KBr混合手工研磨的方式获得

4.3. 动态机械热分析（DMTA）

使用Rheometric科学版DMTA V设备完成DMTA测试。所使用的矩形样本尺寸为13mm×30mm ，平均厚度为20μm。所施加的形变在10 Hz 下为0.01% ，温度范围为?100 ?C to 90?C ，温升速率为5 ?Cmin?1。

4.4. 热分析（DSC）

差示扫描量热(DSC)是通过Perkin Elmer DSC Pyris 1设备来完成的。将大约10mg的样本放入在铝盘中并密封，该过程在常温下进行，用冰作为冷却源。将试样以4 ?Cmin?1温升速率从25 ?C 加热到150 ?C。

图1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ag5d.html