【正文】 度為 。 1LF． T Stepto 等人研究了水增塑的馬鈴薯淀粉的力學性能。屈服時的伸長率為 5～ 10％，屈服強度隨含水 ％、 ％、 13． 5％的馬鈴薯淀粉的應力一應變曲線上可見，淀粉的起始模量為 ，和 PP、 HDPE接近。三種含水量不同的淀粉，其斷裂生長率都很低，約 35～ 40％。隨水分的增加，淀粉的楊氏模量降低：低含水量時，楊氏模量大 500MPa，適中的含水量時楊氏模量為 10～ 250MPa。 從以上的研究結果可知，增塑劑的加入，淀粉顆粒被破壞，淀粉能夠熱塑性加工，但是隨增塑劑含量的增 加，淀粉的拉伸強度降低，伸長率增加；過高的增塑劑含量還會使伸長率降低。增塑劑的加入，破壞的淀粉分子鏈問的太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 11 氫鍵，減少分子間的作用力，所以隨增塑劑含量的增加拉伸強度會降低；淀粉分子鏈間作用力的減小增加了淀粉分子鏈的活動性，分子鏈間的纏結點增加，因此，淀粉材料的伸長率增加。 熱 塑性淀粉的力學性能還與淀粉的玻璃化轉變溫度、晶型，增塑劑的種類等有關。研究表明，對一定增塑劑含量的淀粉的力學性能和淀粉的玻璃化轉變溫度有關，低的 Tg 導致模量、拉伸強度的降低和斷裂伸長率、 沖擊強度的增加。分別為 75℃ 、 143℃ 、152℃ 和 158℃ 。應力應變實驗表明甘油含量低于 15％ 時，馬鈴薯、小麥和蠟質玉米淀粉的表現出脆性。 VanSoest等人網研究了熱塑性淀粉存放過程中 B型結晶對燕塑性馬鈴薯淀粉應力應變行為的影響。 TPS 是由直鏈淀粉和支鏈淀粉半結晶形成的分子網絡和一些淀粉顆粒組成。 Van Soestt 認為原因是，在無定型區(qū)直鏈和支鏈分子間的形成了物理交聯作用，進而增加了支鏈淀粉分子間的結晶，減少了材料中無定型區(qū)間的相互作用，結果導致拉伸時，材料的伸長率降低，裂紋的形成。 Xiaofei Ma 的研究表明，甲酰胺塑化的淀粉 (FPTPS)的拉伸強度和楊氏模量小于甘油塑化的淀粉(GPTPS)，但斷裂伸長率 FFITS 的要高。因此， FPTPS 較 GPTPS 柔軟。所以，甲酰胺是淀粉較為理想的增塑劑。 . 3 熱塑性淀粉的耐水性 熱塑性淀粉作為材料的一大缺陷是其耐水性差，在儲存和使用中容易吸水，結果使材料的力學性能降低。 Ma Xiaofei 研究了 15 天內的甘油為增塑劑的熱塑性淀粉 (GPTPS)和尿素、甲酰胺混合增塑的熱性淀粉的吸水性。 由此可以看到，尿素增塑的淀粉較甘油增塑淀粉的耐水性好。力學性能隨濕度的增加而嚴重降低限制了熱塑性淀粉的應用。 . 3 熱塑性淀粉／生物降解復合材料的研究進展 增塑劑雖然能夠進入淀粉分子鏈間，破壞氫鍵、破壞結晶實現了熱塑性加工，但是熱塑性淀粉的力學性能并不理想，特別是其耐水性差，更是影響到其 實際應用。在早期的淀粉塑料研究中，多是將淀粉經過化學改性或表面處理后和聚乙烯 (PE)、聚氯乙烯 (PVC)共混，結果是淀粉能降解，而 PE、 PVC 仍不能降解。 楊冬芝掣帥以甘油、水和聚乙二醇為增塑劑制備淀 粉／ PVA 共混物，隨淀粉含量的增大共混物的斷裂伸長率降低，但拉伸強度保持在 18～ 20MPa 之間，如 PVA 和淀粉的質量比為 2： 1 時，拉伸強度達至 ，斷裂伸長率達至 ％。 楊冬芝等在上述共混物中加入了少量的疏水性聚 8 一羥基丁酸酯，在保證力學性能的基礎上，提高了共混物的耐水性。力學性能測試太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 13 顯示，淀粉的 斷裂伸長率為 ％，接觸角 57 度；而共擠出薄膜的楊氏模量為 2240MPa，斷裂伸長率為 50％，接觸角達到 118 度；說明材料的力學性能和耐水性都較淀粉都有所提高。因為缺少界面相容性，隨 PCL 含量的增加 TPS／ PCL 的斷裂伸長率降低。 LUCAVEROU [24]認為充模過程中，在試樣的表明形成了聚酯含量較多的皮層。 熱塑性淀粉材料存在的問題 熱塑性淀粉塑料存在的問題主要表現在以下幾個方面： (1)從目前的研究結果看，單純熱塑性淀粉的性能并不十分理想。所以價格較普遍較高，這也是限制熱塑性淀粉塑料推廣應用的主要障礙。 本論文的研究目的及主要內容 本課題旨在制備甘油塑化熱塑性淀粉 /聚乳酸復合材料，力在開發(fā)力學性能及結構可控、可生物降解以及具有工業(yè)化生產潛力的，用于診斷、治療、修復或替換機體中的組織、器官或增進其功能的組織工程用生物彈性體材料。熱塑性淀粉具有完全可生物降解的特性 , 成為近年來環(huán)保和醫(yī)學領域的重要研究方向之一。通過添加小分子增塑劑，使用溶解攪拌的加工方法，在熱和剪切力的作用下可以制備熱塑性淀粉 (TPS)，但是其力學性能、結晶性能均較差。聚乳酸具有優(yōu)良的力學性能、生物降解性能 。 為此，本論文主要從以下幾個方面進行探討和研究： (1)制備熱塑性淀粉，之后與聚乳酸共混，通過改變增塑劑的量對其進行力學性能的研究， (2)通過改變填充材料（聚乳酸）的量對其進行力學性能的研究， (3)對其進行耐油性能研究以及結晶度進行研究，從而為制備綜合性能優(yōu)異的熱塑性淀粉基材料打下基礎。 用密封袋把混合后的淀粉密封 24 小時，讓它們充分 溶脹。 把聚乳酸和之前制好的熱塑性淀粉在 170℃ 下混合，時間為 10 到 12 分鐘。 把治好的模放置24 小時之后裁樣測性能。增塑劑向淀粉顆粒的滲透能力不僅與它的分子大小有關，還與它和淀粉分子鏈間形成氫鍵的強弱有關。所選用的增塑劑分為一類是含有羥基的小分子，甘油、水。 實驗儀器 表 主要實驗儀器 The main experimental Apparatus 儀器名稱 廠家 型號 高速混合機 北京醫(yī)療設備廠 二孔 電動攪拌機 江蘇金壇榮華儀器制造有限公司 平板硫化機 上海恒科技術有限公司 DHG9030A 電子天平 上海精密科學儀器有限公司 FA1204B 轉矩流變儀 寧波儀器廠 YG6013 拉伸測試機 寧波儀器廠 YG825 分析天平 上海天平儀器廠 TG328B 實驗內容及方法 熱塑性淀粉 (TPS)的制備 將淀粉 25g 與水 10g、 、 15g，淀粉 30g 與水 10g 四 份。 使用高速混合機混合 3min，密封放置24 小時。制備的熱塑性淀粉。把混合好的料拿到平板硫化機里制成片材，溫度為 170℃ 下，時間為 5 分鐘。 耐油性能測試 將膜裁剪成片，稱重，其質量記為 W0，然后將其置于 硅 油中， 24 小時后取出，用濾紙吸干表面硅油，稱重為 W1，計算吸油率。 SEM 選取熱塑性淀粉基納米復合材料切口斷面 ，噴金 后采用日本 JOEL 株式會社的 JSM5900 型掃描電子顯微鏡對熱塑性淀粉的斷面形貌進行觀察，加速電壓 20KV。 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 17 3 結果與討論 熱塑性淀粉基納米復合材料的力學性能測試結果 增塑劑對復合材料的影響 表 及表 為增塑劑的種類及其用量對制備熱塑性淀粉基復合材 料性能的影響。這表明水和甘油在復合材料中對力學性能的改變起到了相同的作用，同時，我們可以看到在相同的配比之下，水作增淀粉、甘油、聚乳酸 厚度（ mm） 寬度（ mm） 拉伸強度（ MPa） 斷裂伸長率（％） 25:10:10 25::10 25:15:10 淀粉、水、聚乳酸 厚度（ mm） 寬度（ mm） 拉伸強度（ MPa） 斷裂伸長率（％） 25:10:10 25::10 25:15:10 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 18 塑劑時拉伸強度明顯比甘油好，也就能得到水的增塑效果好于甘油。 聚乳酸 對復合材料的影響 表 以甘油為增塑劑改變聚乳酸用量制備復合材料力學性能數據 Table polylactic acid in glycerol plasticizer, the mechanical properties of posite materials 表 以水為增塑劑改變聚乳酸用量制備復合材料力學性能數據 Table polylactic acid in water plasticizer, the mechanical properties of posite materials 通過表 可以得到，在一定范圍內，隨著 聚乳酸用量 的增多，復合材料的力學性能是逐步提高的，而斷裂伸長率逐步下降，在表 得到相似的結論， 但在增塑劑用量相同的情況下，以水作為增塑劑，改變聚乳酸的用量所制得的熱塑 性淀粉基復合淀粉、甘油、聚乳酸 厚度（ mm） 寬度（ mm） 拉伸強度 （ MPa） 斷裂伸長率（％） 30:10:10 30:10:15 30:10:20 30:10:25 47 .26 淀粉、水、聚乳酸 厚度（ mm） 寬度 （ mm） 拉伸強度（ MPa） 斷裂伸長率（％） 30:10:10 30:10:15 30:10:20 30:10:25 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 19 材料的力學性能略優(yōu)于以甘油作為增塑劑制備的熱塑性淀粉基復合材料。 小結 無論是 以水或甘油作為增塑劑 ，在一定范圍內可以看到力學性能都會有一定的提高，可以得到，增塑劑對復合材料的力學性能提高是有幫助的，聚乳酸的加入對復合材料力學性能的的提高也起到了有利的作用，唯一不同的是斷裂伸長 率隨著增塑劑量的增加會逐步增加，聚乳酸會逐步下降。 聚乳酸 厚度（ mm） 寬度（ mm） 拉伸強度 （ MPa） 斷裂伸長率（％） 1 號樣品 2 號樣品 3 號樣品 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 20 混合時間的影響 在制作熱塑性淀粉的時候，必須先在混合機中混合 3 分鐘，如果混合時間過短，淀粉就無法與增塑劑很好的融合在一起，如果混合時間過長，易使溫度升高，對熱塑性淀粉也有影響，所以在一個比較合適的的混合時間是制作好熱塑性淀粉基納米復合材料的第一步。 熱塑性淀粉的制備溫度 淀粉是一種十分重要的天然高分子，具有來源廣泛、價格低廉和可生物降解等優(yōu)點，是制備生物可降解材料的理想原料。淀粉分子之間氫鍵作用強，限制了分子鏈的運動，因此淀粉不具備熱塑性加工的性能，所以在制作熱塑性淀粉必須要有正確的溫度，否則不但不能的到熱塑性淀粉，還會把它弄壞，據文獻上得到淀粉在 150℃ 時，其形態(tài)就會發(fā)生變化，所以溫度不能過高，但是在 制作時溫度過低，又不利于熱塑性淀粉制備，所以把溫度定為 120度。 SEM 測試 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 圖 熱塑性淀粉基 復合材料 SEM 圖 Figure for the mechanical properties testing of the posite fracture surface 圖 中， (1)、 (2)為水作增塑劑制備的熱塑性淀粉基納米復合材料的 SEM圖， (3)/(4)為甘油作增塑劑制備的熱塑性淀粉基納米復合材料的 SEM 圖，從圖中可以看出，甘油塑化的淀 粉存在著明顯未完全塑化的淀粉粒子。從電鏡照片上都可以隱約看到淀粉粒子的形狀，但是殘存的粒子已經發(fā)生了變形，并且量非常少。 根據衍射峰的大小來判斷復合材料結晶度。 衍射峰值為 380。 衍射峰值為 440。其衍射峰最值為 420。 其衍射 峰 值為 470。 10 20 30 40 50 60 70 800100200300400500峰強2 ? （o）太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 25 材料的耐油性能測試 將膜裁剪成片，稱重，其質 量記為 W0，然后將其置于 硅 油中， 24 小時后取出，用濾紙吸干表面硅油，稱重為 W1，計算吸油率。 表 改變增塑劑甘油用量制備復合材料的吸油率數據 Table glycerol changes the oil resistance test results 圖 復合材料中甘油變化時耐油性測試結果 Figure glycerol change in the posite when the oil resistance test results 圖 為不同含量甘油的熱塑性淀粉基納米復合材料的 耐 油性，從圖中可以看出，甘油的含量越高， 吸油率越小， 復合材料的耐油性越