柠檬酸改性木薯热塑性淀粉/聚丁二酸丁二醇酯共混物的特性与性能研究

本文创新性地研究了木薯热塑性淀粉(TPS)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)（70/30 wt%）共混体系中柠檬酸(1-5 wt%)的改性作用。通过熔融共混和热压成型技术，系统考察了酸浓度对材料加工性能（扭矩降低23%）、表面特性（接触角减小）、微观结构（XRD/SEM显示相分散改善）及光学性能的影响，为开发环境友好型包装材料提供了新策略。

　　

亮点

• 柠檬酸显著改善TPS/PBS(70/30 wt%)共混体系的加工流动性

• 5 wt%酸含量使扭矩值降低40%，有效防止热降解

• 接触角测试证实酸改性提升了材料表面亲水性

材料与方法

实验采用市售木薯淀粉（含22.4%直链淀粉）与PBS通过哈克密炼机熔融共混。通过紫外分光光度计（UV-Vis）测定淀粉组分，并采用Mark-Houwink方程计算摩尔质量。酸浓度梯度设置为0-5 wt%，所有样品均通过热压成型制备测试样条。

扭矩流变分析

如图1所示，纯淀粉加工时出现典型扭矩峰值（对应淀粉糊化），添加PBS后扭矩值降低35%。引人注目的是，随着柠檬酸浓度从1 wt%增至5 wt%，体系扭矩呈现剂量依赖性下降，最高降幅达52%。这种"分子润滑剂"效应归因于酸分子对淀粉羟基的酯化作用，有效破坏了淀粉分子间氢键网络。

表面特性

接触角测试显示：不含酸样品为78°，而5 wt%酸样品降至54°。这种"亲水化转变"证实柠檬酸通过引入羧基基团改变了材料表面化学组成。XRD图谱中19.5°处的特征峰证实了不完全糊化现象，但酸改性样品显示出更均匀的弥散峰形，暗示酸促进了淀粉-PBS相界面相互作用。

微观结构

SEM图像清晰展示：未改性样品存在10-50 μm的淀粉团聚体，而5 wt%酸样品呈现<5 μm的精细相形态。这种"纳米级分散"效应归因于柠檬酸的双重作用——既作为相容剂改善界面粘附，又作为塑化剂降低PBS相粘度。有趣的是，样品颜色随酸浓度增加从乳白渐变为淡黄，直观反映了酸与淀粉的化学相互作用。

结论

本研究证实：

1. 柠檬酸能同步优化TPS/PBS体系的加工性能与微观均一性

2. 酸浓度与材料性能存在明确的构效关系

3. 5 wt%添加量实现最佳平衡，为开发生物降解包装材料提供新方案