项目编号 ycx1306

《大学生实践创新训练计划项目》
论文

项目名称：可降解玉米淀粉膜的制备与性能研究
项目负责人：杨家栋 学号：06111130
项目所属系 化工与制药工程系
项目参加者： 杨家栋 （学号：06111130）
张林丽 （学号：06111212）
黄琦 （学号：06111213）
林嘉威 （学号：06111127）

项目指导教师：陆瞿亮
项目验收时间 2014年5月
可降解玉米淀粉膜的制备与性能研究
杨家栋 张林丽 黄琦 林嘉威
东南大学成贤学院
摘要：通过淀粉与聚乙烯醇的共混制备可降解淀粉膜。并研究了加入的马来
酸酐、硝酸铝、硝酸镁、尿素、碳酸钙以及淀粉和聚乙烯醇的量对其吸水性、降
解能力、力学性能的影响。结果表明，尿素和硝酸铝的加入对薄膜的拉伸强度及
吸水倍率都有明显的提高。

关键词：淀粉 聚乙烯醇 降解 吸水倍率 力学性能
简介：由于“白色污染”等环境问题日益严重，威胁到了人们赖以生存的生
活环境。多数高分子材料很难被微生物降解，是由于增塑剂、 稳定剂、填充剂
等低分子物质发生分解造成的[1]。
而淀粉作为自然界丰富的可再生资源，它无毒无害，可以完全降解。但由于
淀粉本身的结构的因素，其稳定性，强度等不是很好。因而通过其改性制得可发
生微生物降解的淀粉膜可改善这种状况[2]。
聚乙烯醇主链上含有大量羟基，与淀粉具有一定的相似性，通过加入马来酸
酐等交联剂使其分子间作用加大。且聚乙烯醇的强度和吸水性都较为理想[3]。

实验部分：
一、实验用主要原料
淀粉：兴化市味宝调味食品有限公司；聚乙烯醇（PVA）：聚合度 1750，
化学纯，国药集团化学试剂有限公司； 马来酸酐：国药集团化学试剂有限公司；
硝酸铝：上海新宝精细化工厂；碳酸钙：国药集团化学试剂有限公司；丙三醇：
广州市金华大化学试剂有限公司。

二、 制作过程
第一部分：
2.1.聚乙烯醇（PVA）混合物膜——淀粉和PVA复合。
通过水浴加热至80oC聚乙烯醇溶解蒸馏水中制得PVA溶液。同时，通过水浴
加热至80oC淀粉溶解蒸馏水中制得淀粉溶液，再将PVA溶液和淀粉溶液混合，
维持在80oC并保持搅拌90分钟至淀粉糊化。加入马来酸酐，硝酸铝（硝酸镁、
碳酸钙）、丙三醇、尿素等在80oC温度下持续搅拌90分钟，制成混合糊浆。最
后将糊浆在80oC烘箱中烘干，制成约0.2厘米厚的薄膜 。

组别 PVA/g 淀粉/g 马来酸酐/g 硝酸铝/g 硝酸镁/g 碳酸钙/g 丙三醇/g 尿素/g
1 2 4 1
0 0 0 0 0 2 2 0
0
3 0 4

4 6 2 0.5 0.1 0 0 0.1 0.05
5 8 2 0 0.1 0
6 10 2 0 0.1
表一：实验配方

2.2.检测方法
2.2.1 红外检测
对每个薄膜取1cm×1cm的大小进行红外检测。
2.2.2.吸水倍率
取相同大小的薄膜，在pH值为2.29，9.7，12.37的情况下，经0，20，40，
60，80，100min后测定样品的吸水倍率。并按下式计算样品的吸水率：

%100212mmmW

式中, W 为吸水率; 1m 为干膜质量; 2m为湿膜质量。
2.2.3.降解能力的检测
取一个大小适合的盆，并加入新鲜泥土。再把所制得薄膜（质量为1m）埋

入其中，每隔一周取出烘干称重（质量为2m）。其计算公式为：

%100121CCCx
式中C1为干膜质量，C2为薄膜在土壤中放置一段时间后的质量。
2.2.4.力学性能的测试
将制得的膜剪成长方形小块，在试验速度为100mm/min下每组测试两次，取
平均值。

2.3.结果与讨论
2.3.1.红外检测及分析
通过以上配方制得6组产品膜，并对其红外检测，得到图一。
图一
分析：在1729cm-1的时候，纯淀粉膜和纯PVA膜都没有出现吸收峰，而其他四
个出现了明显的吸收峰，这是羰基吸收峰，说明淀粉和PVA已经发生酯化反应；
1019cm-1 和 1227cm-1是-C-O吸收峰；760cm-1：糖苷环振动吸收；3276cm-1 和
1650cm-1：羟基的振动吸收；可以得出结论：淀粉和聚乙烯醇之间可能形成了氢
键。

2.3.2吸水倍率的测试机分析

图二：1号薄膜吸水倍率

图三：2号薄膜吸水倍率

图四：3号薄膜吸水倍率

图五：5号薄膜吸水倍率
图六：6号薄膜吸水倍率
分析：在pH值为2.29，9.7，12.37的情况下，经0，20，40，60，80，100min
后测定样品的吸水倍率。从实验数据分析可知：4号样品在酸性条件下的吸水倍
率最小，5号样品在碱性条件下的吸水倍率最小。

2.3.3..降解能力的检测
本实验通过埋土法对淀粉膜进行降解能力的检测：将6份样品埋入同一土层
中，并每隔一周将它们从土中挖出，清洗干净后并烘干称重，对比他们的降解能
力。经一个月测量后，得到下图。

图七：1号膜降解率 图八：2号膜降解率

图九：3号膜降解率 图十：4号膜降解率

图十一：5号膜降解率 图十二：6号膜降解率
分析：从实验数据可知，随着时间的增长，薄膜质量都一定程度的发生改变，且
越来越小。纯淀粉和纯PVA膜的降解能力较差，在加入马来酸酐、硝酸铝和硝酸
镁后降解能力得到了提高，其中硝酸铝对于降解能力的提高最为明显，为42%。

2.4.结论
通过以上6组产品的红外检测、吸水率及降解能力的分析。挑选出酯化程度
较高，降解率较高，吸水倍率较小的薄膜为第5组产品。改变该薄膜原料的配比，
进行第二部分的操作。增强淀粉分子和PVA分子主链间的作用，改善膜的降解能
力，提高力学性能，研究其结构特征。

第二部分：
3.1.产品制作
以第5组的配方，改变原料的配比（见表四）制得不同的降解膜。

组别 PVA/g 淀粉/g 马来酸酐/g 硝酸铝/g 丙三醇/g 尿素/g
1 4 4

0.5 0.1 0.1 0.05
2 4 6
3 4 8
4 6 2
5 8 2
6 10 2
7 6 4
8 8 4
9 10 4
表二

3.2.拉伸性能的测试
从所制得的膜中，选取成模性较好的2、5、7、8、9组进行拉伸测试实验。
拉伸测试

组别 实验速度mm/min 厚度mm 宽度mm 长度 mm 拉伸强度MPa 伸长率 % 峰值 N

2
100 0.6 14.6 63.48 7.4 79 64.9
100 0.62 13.88 67.22 6.8 75 59.3

5
100 0.7 15.36 60.44 14 49 151.5
100 0.58 14.2 57.66 17.9 66 148
7 100 0.74 16.04 44.24 10.3 87 10.3

8 100 0.58 13.06 55.54 25.6 74 194.3 100 0.64 14.28 68.74 16.6 75 152.2 20 0.54 12.64 59.22 18.6 84 127.3
20 0.7 10.8 62.52 14.2 75 108.1
5 0.7 17.88 51.38 15.5 86 195.2

9
100 0.46 12.24 54.66 8.2 94 46.3
100 0.58 13.66 57.4 3.8 91 30.3
表三
根据表三的测试数据按拉伸强度、伸长率、峰值制得如下图：
图十三：依次为拉伸强度、伸长率、峰值

分析：对比图十三可以发现第8组的拉伸强度最大，第5组次之，第9组的最小。
其原料配比为淀粉4g，聚乙烯醇8g，马来酸酐0.5g，硝酸铝0.1g，丙三醇0.1g,
尿素0.05g。

三、结论
通过淀粉和聚乙烯醇的共混，并加入交联剂制得降解薄膜。其中尿素和硝酸
铝的使用，能够大幅度地降低薄膜的吸水率，同时提高材料的降解能力，力学性
能也可得到很大的改善。淀粉和聚乙烯醇配比为1:2时，拉伸强度最大。
实验所得最佳配方为：淀粉4g，聚乙烯醇8g，马来酸酐0.5g，硝酸铝0.1g，
丙三醇0.1g,尿素0.05g时，薄膜的性能最好。

四、参考文献
[1] 熊汉国，吴俊，卢金珍，等．玉米淀粉生物降解薄膜的制备及其生物
降解特性的研究【J】．中国粮油学报，2003，18(3)：32-34
[2] 黄晓杰，高直连玉米淀粉-PVA共混塑料薄膜的制作工艺的研究【J】食品工
业科技 2006，3: 21-25
[3] 刘长久，木薯淀粉一PVA共混塑料薄膜的制备及其性能的研究【J】-广西化
工。2000(4)：l1~12．