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研究生:林煊曜
研究生(外文):Hsuen-Yau Lin
論文名稱:探討脂肪族-芳香族共聚酯與澱粉混煉塑膠之機械強度的最適配方
論文名稱(外文):Investigation of Components for Improving the Mechanical Strength of Aliphatic-Aromatic Copolyester and Starch- Compounded Plastic
指導教授:陳志成陳志成引用關係
指導教授(外文):C. Will Chen
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:生物工程學系(所)
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:生物分解性塑膠脂肪族-芳香族共聚酯單軸擠壓機
外文關鍵詞:biodegradable plasticaliphatic-aromatic copolyestersignal-screw extruder
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本研究主要是利用單軸擠壓機對澱粉與脂肪族-芳香族共聚酯進行混煉加工,針對生產的生物分解性塑膠之機械性質進行探討,以期找出最適配方;實驗共探討五個部份:(1)塑化劑(水與甘油)添加量;(2)各種添加物;(3)酵素與卵磷脂比例;(4)不同種類澱粉;(5)水與甘油兩者間比例等。根據研究結果可知:(1)採用25%(水+甘油)/TPS,可得到較佳的機械性質。(2)添加物中聚乳酸(PLA)對抗張強度及楊氏模數方面為正效應,而對伸長率與韌性卻為負效應,而Ethyl cellulose、Glucose、Palmitic acid、Stearic acid與CaO等添加物,對機械性質則無顯著增益。(3)配方中添加澱粉水解酵素與不添加澱粉水解酵素比較,發現添加酵素對機械性質為正效應,但添加量在0.26~0.78%之間,對機械性質並無明顯差異。添加卵磷脂含量對機械性質中之伸長率和韌性為正效應,卻對抗張強度及楊氏模數為負效應。(4)在澱粉的選擇上,以使用玉米澱粉具有較佳的機械性質。(5)水與甘油間比例為1:3時,具有最大抗張強度和楊氏模數。
综合上述所述,選用玉米澱粉與脂肪族-芳香族共聚酯,在水與甘油比例為1:3,且(水與甘油)/TPS為25%;其機械性質為抗張強度12.3±0.2MPa、伸長率281.3±59.9%、楊氏模數180.8±7.9 MPa、韌性26.6±6 MPa,為本研究之最適配方。
In this study, we used signal-screw extruder to extruding starch and aliphatic-aromatic copolyester. In order to define the optimal property, we direct at the mechanical strength of biodegradable plastic;This research had five parts mainly: (1) adding amount of Plasticizer (water and glycerol ); (2) various kinds of garniture; (3) the proportion of lecithin and enzyme; (4) different kinds of starch; (5) the proportion of water to glycerol. We focused on the mechanical nature of our products and hoped to find out the optimal prescription. The results of this study demonstrated: (1) While (water and glycerol) / TPS was 25%, it was the best adding amount of plasticizer. (2) Although polylactic acid(PLA)could increase the tensile strength and modulus, but elongation and toughness would decline obviously. And other garnitures, such as ethyl cellulose, glucose, palmitic acid, stearic acid and CaO, etc., had not improved the mechanical nature apparently. (3) In the process, enzyme must to be added, otherwise its mechanical nature would decline rapidly. However, the amount of enzyme did not influence the result. Adding the content of lecithin could improve the elongation and toughness in its mechanical nature, but it also reduced the tensile strength and modulus. (4) After the process, adding the corn starch would get the best mechanical nature. Therefore, the corn starch was the most preferable starch. (5) While the proportion of water to glycerol was 0.17% to 0.52%, the product had largest tensile strength and modulus. In summary, while the proportion of water to glycerol was 0.17% to 0.52% and (water and glycerol) /TPS was 25%, the corn starch and aliphatic-aromatic copolyester were processed. Its mechanical nature was tensile strength of 12.3±0.2MPa, elongation of 281.3±59.9%, modulus of 180.8±7.9 MPa, and toughness 26.6±6 MPa. And that was the optimal prescription of this research
中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
英文摘要………………………………………………………….….…Ⅱ
目錄…………………………………………………………….…….…Ⅳ
表目錄…………………………………………………………..………Ⅷ
圖目錄…………………………………………………………..………Ⅸ
壹、緒論………………………………………………………..…..……1
1.1前言……………………………………………………..…..……1
1.2研究動機……………………………………………………....…2
貳、文獻探討……………………………………………..……………..3
2.1分解性塑膠………………………………………………..……..3
2.1.1分解性塑膠的定義…………………………………….. …. 3
2.1.2分解性塑膠的原理……………………………………... .... ..4
2.1.3生產生物分解性塑膠的方式…………………………... .......5
2.1.4生物分解性塑膠的應用性………………………… ….........7
2.2澱粉的簡介………………………………………….……..……..8
2.2.1澱粉的組成……………………………………….……..…...8
2.2.2澱粉的選用……………………………………………..…..12
2.3 脂肪族-芳香族共聚酯..........................................…………..…. 14
2.4 甘油……………………………………………………………...18
2.5 卵磷脂…………………………………………………………...20
2.6 Amylase(澱粉水解酵素)簡介…………………………….…..22
2.7 擠壓機…………………………………………………………...24
2.7.1擠壓技術之介紹……………………………………………...24
2.7.2單軸擠壓機簡介……………………………………………...26
2.7.3擠壓機的優點………………………………………………..30
參、材料與方法………………………………………………………....31
3.1 實驗材料………………………………………………….……..31
3.2 實驗設備………………………………………………….……..33
3.3 生物分解性塑膠擠壓樣品的生產……………………….……..35
3.4 擠壓樣品機械性質試片之製作………………………….……..36
3.5 機械性質測試……………………………………………….…..38
3.6實驗流程………………………………………………………….40
3.6.1探討塑化劑(水與甘油)添加量對機械性質之影響………41
3.6.2探討各種添加物對機械性質之影響…………………………42
3.6.3探討酵素與卵磷脂含量比例對機械性質之影響……………44
3.6.4探討不同澱粉種類對機械性質之影響………………………46
3.6.5探討不同比例之水與甘油對機械性質的影響………………47
肆、結果與討論………………………………………….……….……..49
4.1 探討塑化劑(水與甘油)添加量對機械性質之影響….……..49
4.1.1抗張強度(Tensile Strength)….………………………..…..51
4.1.2 伸長率(Elongation)………………………………….……53
4.1.3楊氏模數(Modulus)………………………………….……55
4.1.4韌性(Toughness)……………………………….…….……57
4.2探討各種添加物對機械性質之影響………………….…….…..59
4.2.1抗張強度(Tensile Strength)….………………………..…..61
4.2.2伸長率(Elongation)….………………………………..……63
4.2.3楊氏模數(Modulus)….………………………………..…...65
4.2.4韌性(Toughness)….…………………………………..…...67
4.3 探討酵素與卵磷脂含量比例對機械性質之影響………….…..69
4.3.1抗張強度(Tensile Stress) ………………………………..…....71
4.3.2伸長率(Elongation) ….…………………………………..…...74
4.3.3楊氏模數(Modulus) ….…………………………………..…...77
4.3.4韌性(Toughness)….…………………………………..…...80
4.4 探討不同澱粉種類對機械性質之影響…………………....…...83
4.4.1抗張強度(Tensile Stress) ………………………………..…...85
4.4.2伸長率(Elongation) ……………………………………...…...87
4.4.3楊氏模數(Modulus) ……………………………………...…...89
4.4.4韌性(Toughness)……………………………………...…...91
4.5 探討不同比例之水與甘油對機械性質的影響…………...…....93
4.5.1抗張強度(Tensile Strength)……………………………...…...95
4.5.2伸長率(Elongation)…………………………………...…...97
4.5.3楊氏模數(Modulus)…………………………………...…...99
4.5.4韌性(Toughness)…………………………………...……......101
4.6目前市面上的生物分解性產品之比較……………………….103
伍、結論…………………………………...……………………….......104
陸、對今後研究方向之建議…………...………………………….......106
柒、參考文獻………………………………...…………………...........107

表目錄
表2.2.2 不同種類澱粉組成之機械性質測試結果…………………....13
表 2.6澱粉加工所使用的酵素種類…………………………………...23
表2.7.1 擠壓技術演進慨略…………………………………................25
表3.6.1生物分解性塑膠原料中改變不同水與甘油重量百分比….....41
表3.6.2各種不同添加物含量配方.........................................................43
表3.6.3不同酵素與卵磷脂含量比例配方………………….................45
表3.6.5不同水與甘油比例之配方表………………….........................48
表4.1-1不同塑化劑(水與甘油)總含量對機械性質的影響…………..50
表4.2-1加入不同添加物對機械性質的影響….....................................60
表4.3-1不同酵素與卵磷脂含量比例對機械性質的影響…………….70
表4.4-1不同澱粉種類對機械性質之影響………….............................84
表4.5-1配方中水與甘油比例變化對機械性質的影響………………94


圖目錄
圖2.2.1-1澱粉組織模式:結晶平板結構概略圖………………………...9
圖2.2.1-2 Amylose 之化學結構圖…………………………………….10
圖2.2.1-3 Amylopectin 之化學結構圖………………………….……..11
圖2.3-1 脂肪族-芳香族共聚酯的結構……………….……………….15
圖2.3-2 脂肪族-芳香族共聚酯的分解性……………………………..16圖2.3-3 脂肪族-芳香族共聚酯的堆肥研究…………………………..17
圖2.4 在不同甘油含量下馬鈴薯澱粉薄膜的機械性質………...……19
圖2.5卵磷脂管狀膠團所形成之氫鍵網狀二維概略圖………...….…21
圖2.7.2-1 擠壓機概略圖……………………………………...…….…28
圖2.7.2-2 螺桿結構慨圖……………………………………...…….…29
圖3.4 ASTM 638-96 Type IV 規範之機械性質測試用試片規格.…...37
圖3.5 機械性質之物理意義說明圖……………………………..….…39
圖4.1.1 不同塑化劑總含量對抗張強度的影響…………………....…52
圖4.1.2不同塑化劑總含量對伸長率的影響…………………....…….54
圖4.1.3不同塑化劑總含量對楊氏模數的影響………………..…...…56
圖4.1.4不同塑化劑總含量對韌性的影響………………………...…..58
圖4.2.1不同添加物對抗張強度的影響…………………………...…..62
圖4.2.2不同添加物對伸長率的影響…………………………...……..64
圖4.2.3不同添加物對楊氏模數的影響………………………...……..66
圖4.2.4不同添加物對韌性的影響…………………………...………..68
圖4.3.1-1不同卵磷脂含量比例對抗張強度的影響…...……………...72
圖4.3.1-2不同酵素含量比例對抗張強度的影響……...……………...73
圖4.3.2-1不同卵磷脂含量比例對伸長率的影響…...………………...75
圖4.3.2-2不同酵素含量比例對伸長率的影響…...…………………...76
圖4.3.3-1不同卵磷脂含量比例對楊氏模數的影響…...……………...78
圖4.3.3-2不同酵素含量比例對楊氏模數的影響…...………………..79
圖4.3.4-1不同卵磷脂含量比例對韌性的影響...……………………..81
圖4.3.4-2不同酵素含量比例對韌性的影響...………………………..82
圖4.4.1不同澱粉種類對抗張強度之影響……..……………………...86
圖4.4.2不同澱粉種類對伸長率之影響……..………………………...88
圖4.4.3不同澱粉種類對楊氏模數之影響…..………………………...90
圖4.4.4不同澱粉種類對韌性之影響……..…………………………...92
圖4.5.1 配方中水與甘油比例變化對抗張強度的影響………………96
圖4.5.2 配方中水與甘油比例變化對伸長率的影響…………………98
圖4.5.3 配方中水與甘油比例變化對楊氏模數的影響……………..100
圖4.5.4 配方中水與甘油比例變化對韌性的影響…………………..102
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