γ-辐射引发淀粉-BA的固相半干法接枝

论文摘要

本工作以玉米原淀粉为原料，以丙烯酸丁酯（BA）为接枝单体，采用60Coγ-射线共辐射引发，首次利用半干法固相接枝新工艺合成了玉米淀粉和BA的接枝共聚物。考察了辐射剂量、反应气氛、反应介质（水、乙二醇、丙三醇）和单体／淀粉比例等因素对淀粉接枝BA的接枝率G、接枝效率GE、单体转化率C和均聚物含量HC等接枝参数的影响；利用红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、热重分析（TG）、X射线衍射（XRD）和偏光显微镜（PLM）等现代分析技术对所合成的淀粉-BA接枝产物的结构进行了研究。并对该接枝产物的力学性能和耐水性能进行了初步研究。结果表明：固相半干法工艺兼具湿法和干法的优点，因反应介质用量少，后处理工艺也相对简单，具有高效、节能和环保的特点。反应单体相对浓度高，所以接枝聚合反应速率高，反应时间短，降低了生产成本。在室温下的γ-射线共辐射淀粉接枝BA过程中，真空条件有利于提高辐射淀粉-BA接枝的G、GE和C，且单体中阻聚剂的去除与否对辐射淀粉-BA接枝共聚反应影响甚微，当辐射剂量在10kGy左右、水和淀粉的质量比在0.13左右时，接枝共聚反应的接枝率G、接枝效率GE和单体转化率C均较高。在体系中引入适量的带有羟基的小分子反应介质（如水、乙二醇、丙三醇），对γ-射线共辐射引发淀粉-BA的接枝共聚反应具有促进作用，而且用水作为反应介质时的促进效果较好。淀粉接枝共聚物的水解实验和红外光谱分析，证明了接枝支链PBA与淀粉分子链之间是通过化学键连接的。接枝淀粉的SEM照片和AFM照片说明，淀粉上有接枝共聚物，淀粉颗粒表面的微观结构发生了变化，但颗粒形貌未因反应而发生显著变化。由淀粉接枝共聚物的TG、XRD和PLM的分析表明，与BA的接枝共聚，在一定程度上影响了原淀粉的结晶结构与结晶能力，并改善了淀粉的热稳定性能。改性淀粉耐水性的实验表明，淀粉的接枝改性可以显著地提高淀粉材料的耐水性。接枝淀粉材料的力学性能尚需要进一步改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 淀粉
• 1.1.1 淀粉的分子结构
• 1.1.2 淀粉的聚集态结构
• 1.1.3 淀粉的性质
• 1.2 改性淀粉
• 1.2.1 淀粉改性的目的
• 1.2.2 淀粉的改性方法
• 1.2.3 改性淀粉的生产工艺
• 1.2.4 我国改性淀粉生产中存在的问题
• 1.2.5 改性淀粉的发展前景
• 1.3 淀粉接枝改性
• 1.3.1 接枝淀粉的特点
• 1.3.2 接枝淀粉在国内外的研究进展及存在问题
• 1.3.3 接枝淀粉的合成方法
• 1.3.4 淀粉接枝的引发方法
• 1.3.5 淀粉接枝单体的种类
• 1.3.6 淀粉接枝聚合的实施方法
• 1.3.7 淀粉接枝共聚反应的温度与时间
• 1.4 本课题的研究意义及主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 试剂及仪器
• 2.1.1 原料及试剂
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 实验原理
• 2.2.1 链的引发
• 2.2.2 链的增长
• 2.2.3 链的终止
• 2.3 淀粉-BA接枝共聚物的制备
• 2.4 接枝聚合物的纯化
• 2.4.1 未接枝淀粉的去除
• 2.4.2 均聚物的分离
• 2.4.3 接枝支链的分离
• 2.4.4 均聚物的提取
• 2.5 接枝参数的测定
• 2.5.1 接枝率G
• 2.5.2 接枝效率GE
• 2.5.3 单体转化率C
• 2.5.4 均聚物含量HC
• 2.6 接枝共聚物的结构与性能表征
• 2.6.1 红外光谱分析
• 2.6.2 接枝支链分子量的测定
• 2.6.3 扫描电子显微镜
• 2.6.4 原子力显微镜
• 2.6.5 X射线衍射
• 2.6.6 偏光显微镜
• 2.6.7 热重分析
• 2.7 其它性能测试
• 2.7.1 拉伸性能测试
• 2.7.2 耐水性的测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 辐射接枝共聚反应的影响因素
• 3.1.1 阻聚剂对辐射接枝反应的影响
• 3.1.2 辐射剂量对辐射接枝反应的影响
• 3.1.3 反应介质对辐射接枝反应的影响
• 3.1.4 单体配比对辐射接枝反应的影响
• 3.1.5 小结
• 3.2 接枝淀粉的结构
• 3.2.1 红外吸收光谱分析
• 3.2.2 接枝支链分子量
• 3.2.3 扫描电子显微镜分析
• 3.2.4 原子力显微镜分析
• 3.2.5 热重分析
• 3.2.6 X射线衍射分析
• 3.2.7 偏光显微镜观察
• 3.2.8 小结
• 3.3 接枝淀粉的拉伸性能和耐水性能
• 3.3.1 拉伸性能研究
• 3.3.2 耐水性能测定结果
• 3.3.3 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢