發(fā)布時(shí)間：2017-08-16 05:13

  本文關(guān)鍵詞：淀粉生物降解材料的分子模擬與制備研究

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【摘要】：傳統(tǒng)塑料以石油裂解產(chǎn)物為基礎(chǔ)制備而成,但是由于不可降解性和添加劑的毒害性引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。淀粉具有價(jià)格低、易降解等特性且可再生材料,被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ奶烊豢山到獠牧现�。淀粉是由葡萄糖單元�?gòu)成的天然生物高分子聚合物,分子內(nèi)和分子間存在很強(qiáng)的氫鍵作用,導(dǎo)致天然淀粉的玻璃化溫度高于其分解溫度,使其加工困難,為了增強(qiáng)淀粉可加工性,就必須要破壞淀粉中強(qiáng)烈的氫鍵作用,使其能在較低溫度下塑化,得到熱塑性淀粉。目前的研究淀粉的塑化的測(cè)試方法主要是紅外測(cè)試等,認(rèn)為淀粉塑化機(jī)理是由于塑化劑滲入到淀粉分子鏈間,使得淀粉分子鏈間的距離增大,從而削弱它們之間的氫鍵作用,屏蔽了淀粉分子和分子內(nèi)的氫鍵作用,淀粉分子鏈的運(yùn)動(dòng)更加自由,致使淀粉加工溫度降低。但此類研究方法僅從宏觀上對(duì)塑化這一現(xiàn)象進(jìn)行了解釋和推斷,并不能給出體系中不同分子間的氫鍵能作用的大小,缺少必要的理論支持。分子模擬的方法,能夠計(jì)算體系中各個(gè)分子間的鍵能以及不同溫度條件下構(gòu)象,可微觀角度闡釋分子氫鍵作用和淀粉塑化機(jī)理,因此采用分子模擬的方法進(jìn)行深入的研究十分必要。本論文利用量子力學(xué)的方法模擬研究了以下內(nèi)容:(1)淀粉分子鏈模型中葡萄糖淀粉單元的數(shù)目對(duì)分子鏈的構(gòu)象、電荷的分布和傅里葉紅外光譜的影響;(2)水、甘油、二羥甲基脲和二乙烯三酰胺不同類型塑化劑與淀粉分子鏈的氫鍵作用大小。利用分子動(dòng)力學(xué)的方法模擬計(jì)算甘油作為塑化劑時(shí),溫度不同、含量不同時(shí),甘油/淀粉模型的氫鍵能作用變化規(guī)律,并與實(shí)驗(yàn)制備熱塑性淀粉材料的力學(xué)性能、結(jié)晶度、透光率和吸水性等性質(zhì)性能進(jìn)行了對(duì)比分析,探討淀粉塑化機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明,隨著模型中淀粉葡萄糖單元數(shù)的增加單元,單元中相同位置上原子的電荷數(shù)都不改變正負(fù),但其大小不斷變化,同時(shí)淀粉鏈構(gòu)象不斷變化,最終穩(wěn)定在螺旋結(jié)構(gòu)上;塑化劑能夠破壞淀粉的螺旋結(jié)構(gòu),同時(shí)其構(gòu)象也在改變;塑化劑如能與淀粉產(chǎn)生較強(qiáng)氫鍵作用而分子間氫鍵作用較弱,則其塑化材料的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較高;溫度的降低和甘油含量的增加,都會(huì)使得甘油/淀粉體系氫鍵能增加,但其作用機(jī)理不同;通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)結(jié)果分析可以得出制備甘油/淀粉生物降解材料塑化劑的最佳用量,但分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)最佳溫度的預(yù)測(cè)欠佳。
【關(guān)鍵詞】：塑化淀粉 氫鍵 分子模擬 量子力學(xué) 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O636.12
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 淀粉的結(jié)構(gòu)與特性11-13
• 1.2.1 淀粉的結(jié)構(gòu)11
• 1.2.2 淀粉顆粒11-12
• 1.2.3 淀粉的晶型12-13
• 1.3 淀粉的塑化13-15
• 1.3.1 淀粉的塑化機(jī)理14-15
• 1.4 分子模擬簡(jiǎn)介15-18
• 1.4.1 量子力學(xué)方法15-16
• 1.4.2 分子力學(xué)方法16-17
• 1.4.2.1 分子力場(chǎng)17
• 1.4.3 分子動(dòng)力學(xué)方法17-18
• 1.4.4 蒙特卡洛法18
• 1.5 分子模擬的不同尺度18
• 1.6 本課題的研究目的和內(nèi)容18-20
• 第二章 量子力學(xué)模擬葡萄糖單元數(shù)目對(duì)淀粉的影響20-29
• 2.1 前言20-21
• 2.2 模擬方法及參數(shù)設(shè)置21
• 2.2.1 淀粉分子鏈模型及塑化劑分子模型的構(gòu)建21
• 2.2.2 不同單元數(shù)淀粉模型的量子力學(xué)計(jì)算方法21
• 2.3 結(jié)果與分析21-27
• 2.3.1 不同單元數(shù)淀粉分子的構(gòu)象21-23
• 2.3.2 不同單元數(shù)的淀粉分子的電荷分布23-26
• 2.3.3 不同單元數(shù)的淀粉分子的模擬紅外光譜26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 不同類型塑化劑淀粉材料的制備與量子力學(xué)模擬29-42
• 3.1 前言29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)原料及制備方法29-32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料29-30
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備30
• 3.2.3 熱塑性淀粉薄膜材料的制備30-31
• 3.2.4 紅外光譜測(cè)試方法31
• 3.2.5 力學(xué)性能測(cè)試方法31
• 3.2.6 塑化劑/4 單元淀粉分子鏈模型的量子力學(xué)計(jì)算31-32
• 3.3 結(jié)果與分析32-40
• 3.3.1 塑化劑與淀粉分子鏈的相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響32-34
• 3.3.2 不同類型塑化劑對(duì)淀粉鏈能量的影響34-35
• 3.3.3 水和不同單元數(shù)淀粉分子間的氫鍵能35
• 3.3.4 不同類型塑化劑與4單元淀粉相互間氫鍵能35-36
• 3.3.5 相同類型塑化劑小分子間的氫鍵能36-38
• 3.3.6 不同類型塑化劑塑化淀粉材料的紅外光譜38-39
• 3.3.7 不同類型塑化劑制備的塑化淀粉材料的力學(xué)性能39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第四章 甘油/淀粉材料的分子動(dòng)力學(xué)模擬和制備42-60
• 4.1 引言42-43
• 4.2 甘油/淀粉材料的制備43-45
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料43
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備43
• 4.2.3 甘油/熱塑性淀粉薄膜材料的制備43-44
• 4.2.4 力學(xué)性能測(cè)試44
• 4.2.5 XRD-射線衍射測(cè)試與結(jié)晶度的計(jì)算44
• 4.2.6 薄膜材料透光率測(cè)試44
• 4.2.7 不同濕度條件下吸水性測(cè)試44-45
• 4.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬的參數(shù)和模型構(gòu)建45-49
• 4.3.1 甘油分子模型的構(gòu)建45
• 4.3.2 淀粉分子鏈模型的構(gòu)建45-46
• 4.3.3 無(wú)定型甘油/淀粉模型的構(gòu)建46-47
• 4.3.4 甘油/淀粉模型的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法47-48
• 4.3.5 體系平衡的判別48
• 4.3.6 氫鍵能的統(tǒng)計(jì)48-49
• 4.4 結(jié)果與分析49-58
• 4.4.1 甘油/淀粉體系模型中的氫鍵能49-50
• 4.4.2 反應(yīng)溫度、甘油塑化劑含量對(duì)模型氫鍵能的影響50-52
• 4.4.3 反應(yīng)溫度、甘油塑化劑含量對(duì)材料結(jié)晶的影響52-54
• 4.4.4 反應(yīng)溫度、甘油塑化劑含量對(duì)材料力學(xué)性能的影響54-56
• 4.4.5 反應(yīng)溫度、甘油塑化劑含量對(duì)材料吸水率的影響56-58
• 4.4.6 反應(yīng)溫度、甘油塑化劑含量對(duì)材料透光率的影響58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 第五章 總結(jié)60-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67-68
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

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