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研究生:盧維權
研究生(外文):Wei-Chuan Lu
論文名稱:聚乙烯醇/澱粉摻合塑料之生物可分解性研究
論文名稱(外文):Study on the Biodegradability of PVA/Starch Blends
指導教授:周錦東
指導教授(外文):Jing-Dong Chow
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:工程科技研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:聚乙烯醇澱粉生物可分解性
外文關鍵詞:Poly(vinyl alcohol)StarchBiodegradability
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聚乙烯醇(PVA)與玉米澱粉均為生物可分解性高分子。而本研究先將玉米澱粉與三偏磷酸鈉(STMP)接枝改質後,改質澱粉與PVA按不同比例使用塑譜儀掺混後,熱壓成型試片,進行機械性質、DSC與TGA熱學性質分析測試、AFM粗糙度試驗、FTIR試驗、XRD試驗、SEM斷面形態分析觀察、耐候性試驗觀察材料暴露於自然環境中之抗張性質,並使用酵素水解試驗、吸水性試驗、生物可分解性試驗來進行材料的分解性評估。
實驗結果顯示,由吸水性試驗中得知,改質澱粉添加量增加會提高其吸水性。酵素水解試驗中發現,改質澱粉添加20%時質量損失率最高。生物分解性試驗中發現,隨著澱粉添加量增加,分解效果隨之增加。
從酵素水解試驗與生物可分解性試驗比較,兩者試驗結果不同,因為酵素水解試驗可能只是樣品部分溶解於水中,並非是被微生物所分解,而生物可分解性試驗是利用微生物分解材料產生出CO2,而CO2確實是微生物所分解材料後所釋放出的。由此結論可證實,酵素水解試驗並非是良好的生物可分解性評估方法。而在CNS14432規範下進行試驗,其試驗結果可當作生物可分解性的評估。
Poly(vinyl alcohol) (PVA) and Starch are both biodegradable polymers. These two polymers can be prepared as biodegradable plastics that are now emerging as one of the available environmentally friendly materials. In this study, after reacting with sodium trimetaphosphate (STMP), modified corn starch was then blended with PVA at different ratio by viscosity meter. Test samples were prepared for mechanical and thermal properties measurements. The properties of PVA and graft starch blends were examined by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and X-Ray differential (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravity analysis (TGA), weatherability tester, an Instron mechanical tester. The surface roughness and morphology of fractured surface of the samples were observed by atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) measurements. Aqueous degradation by enzyme, water absorption and biodegradability behavior were evaluated for the degradability.
The assessment of the biodegradability of PVA/Starch are explored by water absorption test, enzymatic hydrolysis and method for determination the ultimate aerobic biodegradability and disintegration of plastic materials undercontrolled composting conditions (CNS14432). Results showed that addition of modified starch will enhance its water uptake according to water absorption test. With addition of 20wt% of modified starch, the blend had a maximum weight loss during enzymatic hydrolysis. It was also found that the degradability was enhanced with the addition of the starch by CNS14432.

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
第二章 文獻回顧 4
2.1 澱粉的基本性質 4
2.1.1 澱粉的組成 4
2.1.2 澱粉改質 6
2.1.3 澱粉合膠 10
2.2 PVA的基本性質 12
2.3 生物可分解性塑膠 13
2.3.1 生物可分解性塑膠定義 13
2.3.2 分解性塑膠的種類 13
2.3.3 分解性塑膠之分解機制 14
2.3.4 生物可分解性塑膠種類與應用 15
2.4 生物可分解性塑膠之認證標準 17
第三章 實驗計畫與方法 21
3.1 實驗方法 21
3.1.1 澱粉改質 21
3.1.2 樣品製備 22
3.1.3 生物可分解性試驗 23
3.1.4 酵素水解試驗 24
3.1.5 吸水性試驗 24
3.1.6 耐候試驗 25
3.1.7 微細結構觀測 25
3.1.8 熱性質分析試驗 25
3.1.9 抗張性質試驗 25
3.1.10 粗糙度試驗 25
3.1.11 熱重損失分析試驗 25
3.1.12 傅立葉轉換紅外線光譜測試 25
3.1.13 XRD分析試驗 26
3.2 試驗材料 26
3.2.1 試驗堆肥 26
3.2.2 試驗藥品與材料 26
3.3 儀器設備與器材 28
第四章 結果與討論 36
4.1 改質程序對澱粉之影響 36
4.1.1 氫氧化鈉濃度之影響 36
4.1.2 改質後澱粉之微細結構變化 37
4.1.3 改質前後澱粉之熱性質分析結果 39
4.1.4 改質前後澱粉之粗糙度分析結果 41
4.2 樣品性質分析結果 43
4.2.1樣品加工便利性之探討 43
4.2.2不同配比樣品之DSC分析結果 44
4.2.3不同配比樣品之TGA分析結果 45
4.2.4不同配比樣品之抗張性質試驗結果 46
4.2.5不同配比之微細結構變化 47
4.3 耐候試驗結果 48
4.3.1經耐候試驗之抗張性質變化 48
4.3.2經耐候試驗之XRD分析結果 49
4.3.3經耐候試驗之FTIR分析結果 50
4.4 生物分解性試驗 51
4.4.1 酵素水解試驗結果 51
4.4.2 吸水性試驗結果 54
4.4.3 生物可分解性試驗結果 56
第五章 結論與建議 67
5.1 結論 67
5.2 建議 67
參考文獻 69

圖目錄
圖2.1 澱粉化學結構示意圖 5
圖2.2 糊化過程 7
圖3.1 研究方法流程圖 21
圖3.2 澱粉改質流程圖 22
圖3.3 摻混流程圖 23
圖3.4 熱壓流程圖 23
圖3.5 生物分解性試驗流程原理示意圖 24
圖3.6 乳化機 28
圖3.7 塑譜儀 28
圖3.8 熱壓機 28
圖3.9 生物分解性試驗供氣設備 29
圖3.10 空氣中二氧化碳使用NaOH溶液吸收系統 29
圖3.11 生物分解培養箱 30
圖3.12 生物分解培養槽 30
圖3.13 微生物釋放出二氧化碳使用Ba(OH)2溶液吸收系統 31
圖3.14 生物分解試驗機自動監控系統進氣控制設備 31
圖3.15 生物分解試驗機自動監控系統生物分解培養箱 32
圖3.16 生物分解試驗機自動監控系統二氧化碳分析設備 32
圖3.17 紫外線碳弧燈式耐候試驗機 33
圖3.18 掃描式電子顯微鏡 33
圖3.19 示差掃描熱量儀DSC 34
圖3.20 動態材料試驗機 34
圖3.21 原子力顯微鏡AFM 34
圖3.22 X-射線繞射XRD 35
圖3.23 熱重損失分析儀TGA 35
圖3.24 傅立葉轉換紅外線光譜儀 35
圖4.1 未改質澱粉之SEM觀測結果 38
圖4.2 6N NaOH改質澱粉之SEM觀測結果 38
圖4.3 0.5N NaOH改質澱粉之SEM觀測結果 38
圖4.4 澱粉改質前後DSC圖 40
圖4.5 澱粉改質前後TGA圖 40
圖4.6 澱粉改質前之AFM分析圖 41
圖4.7 澱粉改質後之AFM分析圖 42
圖4.8 不同樣品之DSC圖 44
圖4.9 不同樣品之TGA圖 45
圖4.10 不同配比樣品之抗張性質 46
圖4.11 不同配比樣之SEM圖 47
圖4.12 耐候試驗後之抗張性質 48
圖4.13 耐候試驗前後之XRD圖 49
圖4.14 耐候試驗前後之FTIR圖 50
圖4.15 樣品經酵素水解試驗之損失率 52
圖4.16 (P100S0)100G20M1樣品經酵素水解試驗後SEM圖 53
圖4.17 (P80S20)100G20M1樣品經酵素水解試驗後SEM圖 53
圖4.18 (P60S40)100G20M1樣品經酵素水解試驗後SEM圖 53
圖4.19 不同樣品之吸水性試驗結果 54
圖4.20 (P100S0)100G20M1樣品經吸水性試驗SEM圖 55
圖4.21 (P80S20)100G20M1樣品經吸水性試驗SEM圖 55
圖4.22 (P60S40)100G20M1樣品經吸水性試驗SEM圖 55
圖4.23 第一批生物可分解性試驗CO2總釋出量 57
圖4.24 第一批生物可分解性試驗分解率 57
圖4.25 第一批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2總釋出量 58
圖4.26 第一批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2分解率 58
圖4.27 第二批生物可分解性試驗CO2總釋出量 60
圖4.28 第二批生物可分解性試驗分解率 60
圖4.29 第二批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2總釋出量 61
圖4.30 第二批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2分解率 61
圖4.31 第三批生物可分解性試驗CO2總釋出量 63
圖4.32 第三批生物可分解性試驗分解率 63
圖4.33 第三批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2總釋出量 64
圖4.34 第三批微晶纖維素生物可分解性試驗CO2分解率 64
圖4.35 第三批(P60S40)100G20M1每日二氧化碳釋出量 65
圖4.36 第三批(P80S20)100G20M1每日二氧化碳釋出量 65
圖4.37 第三批(P100S0)100G20M1每日二氧化碳釋出量 66
圖4.38 第三批微晶纖維素每日二氧化碳釋出量 66

表目錄
表2.1 不同品種作物中直鏈澱粉與支鏈澱粉的含量 5
表2.2 澱粉FT-IR光譜值 8
表2.3 生物可分解國際認證制度 18
表3.1 試驗藥品與材料 27
表4.1 樣品摻混表 42
表4.2 不同配比樣品之抗張性質 44
表4.3 耐候試驗前後樣品試驗速度50mm/min之抗張性質 46
表4.4 樣品經酵素水解試驗之損失率 50
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