聚乳酸基纳米复合材料的制备及在食品包装的应用研究

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzl2008000
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聚乳酸(PLA)是一种具有良好生物降解性和生物相容性的绿色环保的热塑性聚酯,光学性能良好,加工方便操作简单,是目前市场上最有前途的可生物降解的聚合物。但因性脆、强度低、阻隔性差等缺陷极大地限制其应用。本论文中,选用环氧大豆油为增塑剂,通过熔融共混将不同比例配方的nano-CaCO3和沸石分别与PLA共混,研究其对PLA吹塑薄膜性能的影响。具体研究内容如下:首先,采用控制单因素法对PLA吹塑薄膜成型工艺进行研究,使其能成功挤出吹塑成膜,探究不同工艺参数(加工温度、螺杆转速、吹胀比及牵引比)对PLA吹塑薄膜力学性能的影响。结果表明:加工温度为155、170、175、185°C,螺杆转速为35 rpm、吹胀比为2.6、牵引比为5.0时,PLA吹塑薄膜的力学性能最佳。其次,选用环氧大豆油作为增塑剂,提高材料的柔韧性,通过熔融共混方法将不同比例配方的nano-CaCO3和沸石分别与PLA共混,研究其对PLA复合材料物理性能的影响。结果表明:随CaCO3/沸石质量分数增加,薄膜的拉伸强度与断裂伸长率均呈先升高后降低的趋势。CaCO3质量分数为6%时,复合薄膜拉伸强度为65.35 MPa,断裂伸长率为11.73%,较纯PLA分别提高了24.69%、160.67%。沸石质量分数为8%时,拉伸强度达到最大为76.23 MPa,断裂伸长率为9.27%,分别提高了45.45%和106.00%。说明CaCO3和沸石作为成核剂均能起到增强增韧的作用,但沸石填充改性PLA效果更好,物理性能更佳。最后,通过扫描电镜观察沸石/PLA复合材料的断面形貌发现,沸石质量分数小于4%时,能够较均匀的分散在基体中。DSC分析发现添加沸石纳米粒子复合材料的Tg略有降低,Tc向低温方向移动,结晶温度范围加宽,结晶更容易,结晶度从34.63%提高到42.76%,说明沸石对PLA结晶过程起促进作用。沸石含量为8%时,复合材料的阻隔性能最好,氧气透过系数、二氧化碳透过系数和水蒸气透过系数达到最低,分别为0.59×10-8 cm3·cm/(cm2·s·Pa)、1.95×10-8 cm3·cm/(cm2·s·Pa)和2.79×10-7 g m/(m2·h·Pa),较纯PLA分别降低了11.94%、8.45%、21.63%。此结果表明,沸石/PLA复合材料的阻气阻湿效果优良,在食品气调包装应用中具有重要作用。综上所述,环氧大豆油作为增塑剂,沸石作为填料且沸石质量分数为8%时,能改善PLA性脆、强度低、阻隔性差的缺陷,获得力学性能以及阻隔性能优异的吹塑薄膜。
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