疏水增强型淀粉/PVA生物降解膜的性能

以烷基烯酮二聚体为疏水化组分,环氧改性聚酰胺为增强交联组分制备了疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜。动态接触角和吸水率测试表明,烷基烯酮二聚体能大幅度提高膜的疏水性能,较佳的烷基烯酮二聚体含量为3.30%,疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜接触角可达90°,吸水率低至15.44%。环氧改性聚酰胺能明显改善膜的拉伸强度,但环氧改性聚酰胺含量过高对断裂伸长率不利。X-射线衍射表明烷基烯酮二聚体的内增塑作用和环氧改性聚酰胺的交联特性可增加膜的相容性。生物降解测试显示,疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜具有一定的生物降解性,但环氧改性聚酰胺使膜的生物降解性能下降。     

微生物肥料的包埋固定化研究

为了克服单种材料包埋的不足,提高微生物肥料包埋颗粒的综合性能,本研究以海藻酸钠（SA）配合聚乙烯醇（PVA）为包埋剂,并添加适宜辅料,对复合菌体（根瘤菌解磷菌解钾菌）进行包埋固定化,以包埋操作及颗粒综合性能等为指标,筛选出较优的包埋材料组成为:SA3.0%-PVA（2.5%~3.0%）辅料（SiO24.0%CaCO30.3%）。在此条件下,操作性和成球性较好,所得包埋颗粒呈规则球形,直径为3mm～4mm,机械强度为53.4g/g～59.6g/g,包埋率为91.4%～94.3%,经过72h增殖培养颗粒的活菌数达到1011cfu/g,增殖500多倍,活菌释放率达到90%以上。     

聚乙烯醇/壳聚糖膜制备及其包膜尿素特性

为解决传统肥料养分利用率低,以及一般聚合物包膜肥料的膜材料难以降解、养分释放速率不可控等问题,该研究以聚乙烯醇（PVA）为膜基材,通过与壳聚糖（CS）共混、使用戊二醛（GA）交联、添加纳米SiO₂ 3种不同的方式,制备了3种膜：PVA/CS膜、PVA/CS/GA膜、PVA/CS/GA/纳米SiO₂膜,此外,制备了纯PVA膜作为对比。对4种膜进行了吸水率（Q）、生物降解性（D_e）、养分渗透系数（P_s）等表征,结果表明：CS的添加提升了膜的生物降解率,GA交联可以延缓膜在土壤中的生物降解速率,而纳米SiO2的添加对膜的生物降解性影响不大,总体来说4种膜都显示出良好的生物降解性（77 d内的生物降解率在30%～60%）;相比于PVA膜,PVA/CS、PVA/CS/GA和PVA/CS/GA/纳米SiO₂膜的吸水率分别降低43.00%、68.79%和82.73%;相比于PVA/CS膜,PVA/CS/GA和PVA/CS/GA/纳米SiO₂膜的养分渗透系数分别降低48.51%和57.59%,说明CS的添加、GA的交联和纳米SiO₂的添加都增强了PVA膜的疏水性。将4种膜液通过转鼓包衣机包覆在尿素颗粒表面制得了4种包膜尿素（PCU）颗粒（PCU-PVA、PCU-PVA/CS、PCU-PVA/CS/GA和PCU-PVA/CS/GA/纳米SiO₂）,分别使用土埋法测定和数学模型拟合了氮素释放行为,结果显示4种PCU的氮释放量达到90%时所需的时间分别为5、11、23、28 d;氮素释放行为符合一级动力学模型,释放速率常数（k）依次减小,分别为0.3 654、0.2 333、0.1 127、0.0 926,且与膜的养分渗透系数（P_s）呈线性关系$k = 377.51{P_{{s}}} $,相关系数（R²）为0.9 991。该研究提供了系列生物降解性能良好、养分释放速率可控的聚乙烯醇/壳聚糖膜材料,并成功地应用于包膜尿素颗粒的制备,更方便和有效地指导PCU的施用。     

生物改性聚乙烯醇可降解包膜材料的特征及其光谱特性

聚乙烯醇溶于水可作为肥料的包膜材料,通过物理或化学改性,可影响聚乙烯醇缓释膜层的吸水性和降解性,提高其缓释性能和环境安全。为了探究改性聚乙烯醇膜材料的改性效果和降解能力,以壳聚糖为改性剂、二氧化硅为添加剂对聚乙烯醇进行改性,分析了改性聚乙烯醇成膜物理特性、生物降解性、红外表征及表面微观结构。研究结果表明,聚乙烯醇浓度85 g/kg,壳聚糖浓度16 g/kg,混合温度80℃,混合时间2 h条件下制备的膜材料吸水率降低明显,添加二氧化硅使聚乙烯醇浓度70 g/kg,壳聚糖浓度8 g/kg,混合温度60℃,混合时间2h条件下制备的膜材料吸水率最低,且二氧化硅添加量为5 g/kg时成膜降解率最高。红外光谱和扫描电镜分析表明,膜降解后一些主要官能团O-H、C-O键数量发生了变化,透射率增强,同时2 300 cm-1处波峰消失,这说明膜材料发生了一定的降解,同时其表面微观结构变得极为粗糙,出现很多凸起物,整体结构也变得更加松散,也说明其具有良好的生物降解性。红外光谱和电镜扫描的结果与质量变化试验的结果相一致,能够更客观地表征膜材料的降解性。     

厌氧—好氧串联系统对慢速可生物降解COD的去除（Ⅱ）——高温厌氧升流式污泥床的反应机制

分析了淀粉、纤维素和聚乙烯醇（PVA）这三种慢速可生物降解COD基质在高温（55℃）厌氧升流式污泥床中的降解过程机理。淀粉能够完全转化为挥发性有机酸、微生物污泥、生物气；纤维素颗粒的去除仅是被污泥床截留，而几乎不发生生化反应。少量的PVA基质在厌氧条件下能够被转化成有机酸。     

厌氧—好氧串联系统对慢速可生物降解COD的去除（Ⅰ）—对不同基质COD的去除能力

利用高温（55℃）升流式厌氧污泥床和好氧移动床生物膜反应器串联系统，研究了淀粉，纤维素和降乙烯醇（PVA）这3种在食品加工，造纸和印染工业废水中常见的慢速可生物降解COD基质的去除过程。淀粉－COD能够完全被生物降解，纤维素－COD在厌氧反应器中通过污泥床的截留和纤维物的沉降作用可以从水中完全去除，单一的PVA基质难于被生物降解，但是，PVA－COD在淀粉和PVA的双组分溶液中可以得到一定的去除率。     

纳米SiO2对聚乙烯醇基复合涂膜包装材料成膜透湿性能的影响

聚乙烯醇（PVA）由于其亲水性能而影响其在食品包装上的应用。本研究采用添加纳米SiO2对聚乙烯醇基复合涂膜包装材料进行改性,利用响应曲面方法研究SiO2、硬脂酸、戊二醛对三元复合涂膜材料成膜效能特性的影响及交互作用。结果表明：加入纳米SiO2可有效提高聚乙烯醇基复合涂膜包装材料的阻水阻湿性能,优化组成膜透湿率（8.18 g•m-2•d-1）比对照组（不添加纳米SiO2的PVA复合膜）降低26.61%（p<0.05）。硬脂酸、戊二醛对复合涂膜材料成膜的透湿率的影响与纳米SiO2存在显著的交互作用,每100 mL 5%（W/VH2O）的PVA溶液中纳米SiO2添加量在小于0.05 g范围内随着其含量增大,复合涂膜材料成膜透湿率随硬脂酸、戊二醛的比例增加而降低,阻水阻湿性能提高。     

肥料用改性聚乙烯醇包覆膜的制备及其性能的研究

采用有机高分子聚合反应制备缓释肥料的膜材料,对其进行红外表征,并通过浸水试验测定其吸水率,确定最佳改性方案。同时,为了进一步验证包膜材料对肥料养分的缓释作用,通过土柱淋洗试验测定包膜肥料的养分释放量,并将日本包膜肥料LP40与自制包膜肥料HP的缓释性能进行比较。结果表明, 环氧树脂中的环氧基团能与聚乙烯醇中的羟基发生醚化反应,减少分子中羟基数量,降低改性聚乙烯醇膜的吸水性; 在202℃的去离子水中,改性聚乙烯醇膜浸水24 h后,最低吸水率为1152 g/kg,比等浓度纯聚乙烯醇低884 g/kg; 聚乙烯醇浓度为70 g/kg,环氧树脂的加入量为25 g/kg（按聚乙烯醇溶液质量计）,反应温度为60℃,反应时间为2h,可得到吸水性较低的改性聚乙烯醇膜。自制包膜肥料HP具有一定的缓释效果,但与日本包膜肥料LP40相比缓释性能较差。     

纳米SiO2对PVA基复合涂膜包装材料成膜透湿性能的影响

为改善聚乙烯醇（PVA）涂膜的阻湿保鲜效能特性,该文采用添加纳米SiO2对PVA基复合涂膜包装材料进行改性,应用响应曲面方法研究SiO2、硬脂酸、戊二醛对三元复合涂膜材料成膜效能特性的影响及交互作用。结果表明：加入纳米SiO2改性可有效提高PVA基复合涂膜包装材料的阻水、阻湿性能,优化组成膜透湿率8.18 g/(m2·d)比对照组（不添加纳米SiO2的PVA复合膜）降低26.61%（p<0.05）;硬脂酸、戊二醛对复合涂膜材料成膜透湿率的影响与纳米SiO2存在显著的交互作用,每100 mL 0.05 g/mL的PVA溶液中纳米SiO2添加量在小于0.05 g范围内随着SiO2含量增大,复合涂膜材料成膜透湿率随硬脂酸、戊二醛的比例增加而降低,阻湿性能提高。     

延长黄原胶缓释期的技术研究

【目的】研究了水杨酸(SA)在黄原胶(XG)及聚乙烯醇(PVA)为主要材料的基质型缓释系统中的释放速率。【方法】共设计了29个配方,分为4组:XG + PVA + SA、XG + PVA + 醋酸酯淀粉(AS) + SA、XG + PVA + 硬脂酸 + SA、XG + PVA + 壳聚糖(CS) + SA。根据设计的配方将材料研磨混匀后以聚乙烯醇溶液为粘合剂进行造粒。首先制作了6～10 mm五种造粒直径的缓释颗粒,并以4%、5%、6% (w/v)三种浓度的PVA溶液分别造粒,研究了造粒大小、PVA溶液浓度对颗粒释放行为的影响。确定造粒条件后研究了四种配方不同配比对颗粒释放行为的影响,采用静水溶出法和土柱淋溶法对释放行为进行表征,以水杨酸的释放率及累积释放量为指标绘制释放曲线。【结果】所制缓释颗粒的水杨酸释放曲线都遵循一个趋势:水杨酸释放率在前一段时间呈快速增长,转折点之后增长速度趋于平缓。根据试验结果分析,粗粒径的黄原胶溶胀更缓慢,对内容物的释放也会更慢。缓释颗粒直径较小时最终释放的百分比更高但由于比表面积大释放也更快,颗粒直径过大时最终释放的百分比会降低且持续时间也不会延长,最终选定造粒直径8 mm。对粘合剂PVA溶液的使用量的研究结果显示,在选取的三种PVA溶液浓度中,以浓度为4%的PVA溶液进行造粒、混合粉末与4%PVA溶液的比例(w/w)以1.1∶1为宜。四种不同组成的配方经优化后缓释效果最好的比例分别为:XG∶SA = 3∶1,在去离子水中释放持续约2.5天;XG∶AS∶SA = 3∶1∶1,在去离子水中释放持续时间2.5天;XG∶硬脂酸∶SA = 1∶1∶1,去离子水中持续时间约为3天;XG∶CS∶SA = 3∶1∶1,在去离子水中可持续4天,而在土柱中释放持续可达36天左右。【结论】使用0.178 mm粒径的黄原胶粉末,在XG∶CS∶SA = 3∶1∶1,造粒直径8 mm,以4% PVA溶液进行粘合造粒的条件下,所得缓释颗粒的土柱淋溶释放时间可长达36天,为本试验所得释放时间最长的缓释体系。该缓释系统成本较低廉,制作方法简单,对环境友好。     

热塑性辐照玉米淀粉薄膜的制备及表征

为了提高热塑性淀粉基薄膜的力学性能,采用0、10、20、30、40、50 kGy 6个剂量的~(60)Co-γ射线对玉米淀粉进行辐照处理,研究辐照对玉米淀粉结构、颗粒尺寸的影响;并以辐照玉米淀粉为原材料,采用挤出造粒、熔融吹塑法制备热塑性辐照玉米淀粉薄膜,研究辐照剂量对热塑性薄膜力学性能、表面形貌的影响。结果表明,~(60)Co-γ射线能够有效破坏玉米淀粉分子内、分子间氢键,降低玉米淀粉的刚性;能够有效减小玉米淀粉的颗粒尺寸,增加玉米淀粉的加工流动性。随着辐照剂量的增加,热塑性辐照玉米淀粉薄膜的力学性能不断增加;未熔融颗粒不断减少,表面形貌更加均匀、平整。综合考虑热塑性辐照玉米淀粉薄膜的力学性能和钴源能耗,40kGy剂量辐照的玉米淀粉制备的热塑性淀粉基降解薄膜更具有实用价值。本研究结果为辐照玉米淀粉制造热塑性降解薄膜提供了理论依据和实际参考。     

聚氨酯/蒙脱土复合控释肥膜材的制备与性能

【目的】蒙脱土 (MMT) 是一种由纳米硅酸盐片层堆积的粘土矿物，具有优良的力学、热学及气体阻隔性能。本研究尝试了不同离子交换剂，以使其能在聚氨酯 (PU) 基体中充分剥层分散，制成力学性能与控释性能优良的复合控释肥膜材。【方法】试验选用3种有机离子交换剂十八烷基三甲基氯化铵 (SA1)、十二烷基双羟乙基甲基氯化铵 (SA2)、二甲基双十八烷基氯化铵 (SA3) 对MMT进行插层改性，然后通过原位聚合制备蓖麻油基聚氨酯/蒙脱土 (PU/MMT) 复合缓释肥膜材。纳米粒子及复合膜材的形态与结构用电镜扫描、傅里叶红外光谱、X射线衍射等方法进行了表征。采用吸水法和浸泡法测试了PU/MMT复合膜材的动态力学性能和热稳定性能及缓释性能。【结果】3种有机插层改性的MMT纳米粒子在PU基质中具有良好的分散性和相容性，纳米粒子的加入也明显改进了PU基质的动态力学性能、热稳定性能以及缓释性能，其中SA2改性MMT对复合膜材的动态力学性能和热稳定性影响最为明显，使基质PU的玻璃化转变温度 (Tg) 从30℃增加到80℃，热分解温度从300℃增加到330℃，因为SA2结构中的双羟乙基能使MMT与PU结合更加紧密；而SA3改性MMT制备的复合膜材缓释性能最佳，使尿素释放时间从30天增加到75天，因为SA3含有双长链有机结构。【结论】采用十二烷基双羟乙基甲基氯化铵或者二甲基双十八烷基氯化铵对MMT进行插层改性，可制备结构疏松、在聚合物中分散性良好的纳米粒子。添加改性蒙脱石纳米粒子可大大提高聚合物包膜材料的吸水性和稳定性，从而制备出阻隔性能优良、释放期理想且价廉质高的PU/MMT复合控释肥膜材。     

Functional Properties of Polylactic Acid Starch‐Based Loose‐Fill Packaging Foams

In this study, attempts were made to improve the characteristics of starch‐based plastic foams by blending starch with polylactic acid (PLA), a biodegradable polymer made from renewable sources. Formulations of the foams (types of starch, ratio of starch to polymer, and moisture content) were optimized. Physical and mechanical properties of the foams, including expansion, unit density, bulk density, water solubility index (WSI), spring index, and compressibility on both single piece and bulk samples were determined. The addition of the PLA polymer to regular (25% amylose) and waxy corn starches significantly improved the physical and mechanical properties of the extruded foams. Foams made from waxy starch had better radial expansions, higher WSI, higher compressibilities, and lower spring indices than those of regular starch foams. Both regular and waxy starches produced foams with similar unit and bulk densities, bulk compressibilities, and bulk spring indices. Increasing PLA polymer contents increased the radial expansions and spring indices and significantly reduced the unit and bulk densities and bulk compressibilities. Changing the PLA content had no significant effect on WSI, compressibilities, and bulk spring indices. Increasing the moisture content adversely affected foam characteristics. The formulation containing waxy starch, 40% PLA, and 19% moisture produced a loose fill foam with the best physical characteristics and mechanical properties.     

机械活化玉米淀粉的微生物降解性能

为了提高玉米淀粉的微生物降解反应活性,采用搅拌球磨机对玉米淀粉进行机械活化,以活化时间为60 min的玉米淀粉和原淀粉为原料,酒曲为降解试剂进行微生物降解反应,并以降解产物的葡萄糖值（Dextrose Equivalent,DE）为评价指标,分别研究了糊化温度、pH值、淀粉浓度、降解时间、降解温度、酒曲培养液用量等因素对降解产物中葡萄糖值的影响,并采用扫描电镜对淀粉降解过程中的颗粒进行形貌观察。结果表明,机械活化预处理能提高玉米淀粉微生物降解反应液中葡萄糖的含量,且活化淀粉未经糊化就能直接被微生物降解,降解60 min时的DE值为36.76%,与原淀粉相比,提高了27.80个百分点。说明机械活化作用破坏玉米淀粉紧密的颗粒表面和结晶结构,有效地提高了微生物降解反应活性。     

SA-IP-SPS型保水剂及其对土壤物理性能的影响

以未经预处理的工业级丙烯酸、聚乙烯醇为原料，首先通过氯磺酸磺化法在聚乙烯醇分子中引入强亲水性离子基团，然后采用静态水溶液聚合法合成了吸盐水率较高、凝胶机械强度较高的的聚丙烯酸钠-聚乙烯醇硫酸钠互穿网络(SA-IP-SPS）型保水剂。研究了SA-IP-SPS型保水剂含量、颗粒大小对南方赤红壤的水分抑蒸发性能和团粒结构的影响，比较研究结果表明，SA-IP-SPS型保水剂对赤红壤的水分抑蒸发性能和团粒结构改良性能与丙烯酸-丙烯酰胺交联共聚型保水剂效果相当，但明显优于传统的交联聚丙烯酸钠保水剂。     

Physical Properties of Poly(Lactic Acid) and Starch Composites with Various Blending Ratios

Two‐phase polymer blends of poly(lactic acid) (PLA) and corn or wheat starches at various ratios were prepared by using a laboratory‐scale twin‐screw extruder and compression molding. The blends were characterized for thermal transitions, mechanical properties, and water absorption. Starch and PLA were immiscible polymers, and the thermal behavior of PLA was not affected by starch. Crystallinity of the blends decreased in some degree as starch content increased 20–40%. Tensile strength and elongation of the blends decreased as starch content increased, but modulus increased as starch content increased up to 70%. As starch content increased to >60%, the PLA phase became discontinuous, and water absorption of the blends increased sharply. Blends made from wheat starch gave slightly better mechanical properties than those made from corn starch, and no differences in other properties were observed.     

Barrier and Mechanical Properties of Starch‐Clay Nanocomposite Films

The poor barrier and mechanical properties of biopolymer‐based food packaging can potentially be enhanced by the use of layered silicates (nanoclay) to produce nanocomposites. In this study, starch‐clay nanocomposites were synthesized by a melt extrusion method. Natural (MMT) and organically modified (I30E) montmorillonite clays were chosen for the nanocomposite preparation. The structures of the hybrids were characterized by X‐ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Films were made through casting using granulate produced by a twin‐screw extruder. Starch/MMT composite films showed higher tensile strength and better water vapor barrier properties than films from starch/I30E composites, as well as pristine starch, due to formation of intercalated nanostructure. To find the best combinations of raw materials, the effects of clay content (0–21 wt% MMT), starch sources (corn, wheat, and potato), and amylose content (≈0, 28, 55, 70, 100%) on barrier and mechanical properties of the nanocomposite films were investigated. With increase in clay content, significantly higher (15–92%) tensile strength (TS), and lower (22–67%) water vapor permeability (WVP) were obtained. The barrier and mechanical properties of nanocomposite films did not vary significantly with different starch sources. Nanocomposite films from regular corn starch had better barrier and mechanical properties than either high amylopectin or high‐amylose‐based nanocomposite films. WVP, TS, and elongation at break (%E) of the films did not change significantly as amylose content increased beyond 50%.     

Graft polymerization of native chicken feathers for thermoplastic applications

Inexpensive and biodegradable thermoplastics were developed through graft polymerization of native chicken feather with methyl acrylate as a potential substitute for petroleum products. Poultry feathers are available in large quantities at a low price. However, natural chicken feathers have poor thermoplasticity, cannot be used to develop thermoplastic products, have very limited industrial applications, and are often considered as solid wastes. In this research, the effects of graft polymerization conditions, such as molar ratio of NaHSO(3) to K(2)S(2)O(8), initiator and monomer concentrations, pH, temperature and time of polymerization, on grafting parameters, that is, the conversion of monomer to polymer, grafting percentage, and grafting efficiency were evaluated. Methyl acrylate was found to be successfully grafted onto functional groups on the surfaces of the chicken feathers, and optimal graft polymerization conditions were also obtained. The feather-g-poly(methyl acrylate) developed showed good thermoplasticity, and feather films had substantially higher tensile properties than soy protein isolate and starch acetate films.     

罐制过程中荸荠质构变化及其与淀粉特性的关系

该文通过比较荸荠罐制过程不同阶段的质地结构，研究了荸荠罐制过程中质构变化的规律及其与含水率的关系，比较了预煮、排气和杀菌三个受热过程后的质构，结果表明荸荠质构中弹性性质(脆度、硬度和黏着性)和塑性性质(凝聚性和回复性)在受热后有不同的变化，弹性性质参数值在排气过程中有所回升，塑性性质参数值则在整个过程中全部呈下降趋势；含水率与黏着性呈极显著的负相关，与凝聚性和回复性呈显著正相关。同时对荸荠质构变化与淀粉特性的相关性做了分析，探讨通过改变淀粉特性以达到较好质构的可行性。研究发现荸荠淀粉的膨胀力(Swell Power，SP)、淀粉凝胶质构和淀粉快速黏度分析(Rapid Visco Analysis，RVA)谱中的崩解值与荸荠的各项质构参数的相关性均达到显著或极显著水平。可根据荸荠质构特性的变化规律，通过控制不同的受热过程，尤其是预煮，使之得到具有较好质构的产品。另外，改变淀粉特性也可改善产品质构。