吸湿功能聚苯乙烯片材的制备及性能研究

论文摘要

本文以聚苯乙烯(PS)为基材,用具有吸湿功能的聚乙烯醇(PVA)为辅料,通过熔融共混方法,制备具有吸湿功能的包装片材。具体方法是以丙三醇和乙二醇为复配增塑剂,对PVA进行改性,实现PVA的熔融加工,再采用熔融共混技术制备PS/改性PVA共混片材,改善了PS片材的力学性能,并使PS片材具有吸湿功能。采用红外光谱分析、扫描电镜观察对改性PVA粉末进行改性效果的表征,通过熔融温度测试确定改性PVA的熔融温度,并对PS/改性PVA包装片材的力学性能、吸湿性能、保湿性能等进行了性能测试。结果表明：加入增塑剂后的改性PVA,羟基伸缩振动在红外光谱上的吸收峰发生偏移,而且PVA羟基伸缩振动吸收最大波数向高波数方向偏移,说明加入增塑剂后,PVA羟基形成氢键的强度减弱,可以实现对PVA改性,使其容易实现热塑成型。通过扫描电镜观察,PVA表面较为平整密实,改性PVA的表面为疏松的多孔结构。通过DSC实验,测试改性PVA的熔融温度,PVA熔融温度为197.69℃,复配增塑剂的用量为50phr,丙三醇和乙二醇的质量比为4：1时,改性PVA熔融温度最低,为146.6℃,易实现PVA的熔融加工随着PVA含量的增加,共混片材拉伸强度先下降,后又上升,当质量比为7：3与6：4之间时,拉伸强度和断裂伸长率都为上升趋势,而且当质量比为6：4时,共混片材拉伸强度再次达到峰值,说明此比例二者的相容性最好。继续增加PVA含量,拉伸强度呈下降趋势；随着PVA含量的增加,共混片材的断裂伸长率逐渐增加,当PS与PVA的质量比大于7：3时,断裂伸长率呈现急剧上升的趋势。所以,当PS与PVA的质量比为6：4时,共混片材力学性能最好,拉伸强度13.9MPa,断裂伸长率67.47%。将最优配方的共混片材置于不同湿度下吸湿7天,在低湿度条件下,片材的吸湿量小且吸湿速率平缓；在高湿度条件下,吸湿初期,片材的吸湿量随时间的延长显著增加,吸湿后期,吸湿速率增加缓慢,吸湿率可以达到25.74%。将在温度25℃,90%相对湿度条件下吸湿7天的共混片材,置于温度25℃,相对湿度分别为50%和20%条件下的初期,共混片材的保湿率急剧下降,随着时间的推移,保湿率趋于稳定。确定复配增塑剂的用量为50phr,丙三醇和乙二醇的质量比为4：1,对PVA进行改性效果最好,有效地降低了PVA的熔融温度,很好地实现其熔融加工；当PS与PVA的质量比为6：4时,共混片材各性能最好,拉伸强度13.9MPa,断裂伸长率67.47%,拉伸强度符合高抗冲聚苯乙烯片材一等品的标准,断裂伸长率比纯聚苯乙烯提高34.94%；在高湿度条件下,吸湿效果优于生石灰干燥剂,并具有一定的保湿能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 功能包装材料
• 1.2.1 功能包装材料概况
• 1.2.2 功能包装材料的种类
• 1.2.3 功能包装材料发展新动向
• 1.3 高吸水性树脂
• 1.3.1 高吸水性树脂概况
• 1.3.2 高吸水性树脂的分类
• 1.3.3 高吸水性树脂的应用
• 1.3.4 高吸水性树脂的吸水机理
• 1.4 聚乙烯醇高吸水性材料
• 1.4.1 聚乙烯醇高吸水性材料概况
• 1.4.2 聚乙烯醇在包装上的应用
• 1.5 聚苯乙烯的发展现状及在包装上的应用
• 1.5.1 聚苯乙烯的发展现状
• 1.5.2 聚苯乙烯在包装上的应用
• 1.6 本课题研究的内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 2 材料与实验方法
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 挤出成型工艺简介
• 2.2.1 挤出工艺原理
• 2.2.2 挤出工艺特点
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 PVA的表面改性
• 2.3.2 PS/改性PVA共混片材的制备
• 2.4 PVA表面改性效果表征
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 熔融温度测试
• 2.4.3 扫描电镜观察PVA粉末
• 2.5 PS/改性PVA共混片材性能的测定
• 2.5.1 造粒次数影响共混片材力学和吸湿性能的测定
• 2.5.2 共混片材力学性能的测定
• 2.5.3 共混片材吸湿性能的测定
• 2.5.4 扫描电镜观察片材的断面结构
• 2.6 最优配方共混片材性能的测定
• 2.6.1 不同湿度影响共混片材力学性能的测定
• 2.6.2 不同用量复配增塑剂改性PVA影响共混片材力学和吸湿性能的测定
• 2.6.3 共混片材吸湿速率和反复吸湿能力的测定
• 2.6.4 共混片材保湿效果的测定
• 2.6.5 共混片材卫生性能的测定
• 2.6.6 共混片材与实际干燥剂吸湿效果的比较
• 3 结果与讨论
• 3.1 改性PVA的表征分析
• 3.1.1 改性前后PVA的红外光谱分析
• 3.1.2 不同配比和用量的增塑剂对PVA熔融温度的影响
• 3.1.3 改性前后PVA的扫描电镜分析
• 3.2 PS/改性PVA共混片材性能分析
• 3.2.1 造粒次数对共混片材力学性能的影响
• 3.2.2 造粒次数对共混片材吸湿性能的影响
• 3.2.3 不同含量的PVA对共混片材力学性能的影响
• 3.2.4 不同含量的PVA对共混片材吸湿性能的影响
• 3.2.5 不同含量的PVA对共混片材微观结构的影响
• 3.3 最优配方共混片材性能分析
• 3.3.1 不同湿度对共混片材力学性能的影响
• 3.3.2 共混片材的吸湿速率
• 3.3.3 共混片材的保湿性能
• 3.3.4 共混片材的反复吸湿能力
• 3.3.5 不同用量复配增塑剂改性PVA对共混片材力学性能的影响
• 3.3.6 不同用量复配增塑剂改性PVA对共混片材吸湿性能的影响
• 3.3.7 共混片材的卫生性能
• 3.3.8 共混片材与实际干燥剂吸湿和应用效果的分析
• 4 结论
• 4.1 结论
• 4.2 创新点
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢
• 附录