PBA/淀粉基互穿聚合物网络材料的合成及表征

论文摘要

互穿聚合物网络（Interpenetrating Polymer Net-work,简称IPN）是聚合物共混改性的一种重要方法,利用IPN技术可以提高聚合共混物的相容性。淀粉是自然界丰富的可再生资源,它无毒无害,淀粉基降解塑料是生物降解材料领域研究的热点之一。本论文利用IPN技术合成了聚丙烯酸丁酯和淀粉/改性淀粉的互穿网络共混物,并对共混物进行了一系列的性能测试。采用种子乳液聚合法制备了丙烯酸改性聚丙烯酸丁酯乳液,所得共聚物乳液与糊化后的淀粉共混,共混直接在聚四氟乙烯模具中浇铸成膜或对共混物进行改性使之成为共聚物/改性淀粉共混物再浇铸成膜,研究了丙烯酸含量、淀粉含量、甘油含量、醛基含量、双醛淀粉含量、有效氯含量及氧化淀粉含量对共混物的力学性能、吸水性、热性能和动态力学性能的影响以及薄膜的生物降解性。研究结果如下:1.改性淀粉共混物的吸水率远高于原淀粉吸水率,改性后材料的耐水性不好。丙烯酸和甘油的加入有利于提高原淀粉/PBA共混材料的力学性能,丙烯酸含量为10%,甘油含量为4%时材料力学性能最好。改性后淀粉与PBA共混物的力学性能明显好于原淀粉共混物。这说明改性淀粉与PBA形成了互穿聚合物网络,并且实验证明不同醛基含量和有效氯含量的改性淀粉共混物的交联度基本相同。2.DSC和TG测试结果显示适量丙烯酸的加入和增加丙烯酸丁酯的含量能提高共混物的热性能。由于改性后淀粉分子间由于化学键与氢键的存在所形成的网络与交联PAB网络形成了互穿网络结构,互穿网络结构所特有的强迫互容作用限制了改性淀粉中淀粉的分解,其热性能高于原淀粉共混物,醛基含量和有效氯含量越高,共混物的热稳定性越高。3.动态力学谱（DMA）表明双醛淀粉共混物低温区的Tg为-18.3℃,tanδ＞0.3的温域大小为47℃,氧化淀粉共混物的Tg为-17.9℃,tanδ＞0.3温域大小为102℃,氧化淀粉共混物的阻尼性能最好。比较试样的透射电镜照片可以看出,氧化淀粉与PBA的相容性要好于原淀粉和双醛淀粉与PBA的相容性,因此氧化淀粉与PBA互穿的程度要深些,这种深度互穿的结构有利于阻尼性能的提高。4.将原淀粉和氧化淀粉共混物薄膜在腐殖土上放置25d、双醛淀粉共混物薄膜放置50d,试样表面微生物大量生长,覆盖率达60%以上,具有良好的生物降解性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略表
• 1 前言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 淀粉基生物降解塑料
• 1.2.1 淀粉及氧化淀粉的结构和性质
• 1.2.2 淀粉基生物降解塑料的分类
• 1.3 互穿聚合物网络材料（IPN）
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 互穿聚合物网络的分类及IPN形态结构的影响因素
• 1.3.3 互穿聚合物网络的研究方法
• 1.3.4 互穿聚合物网络的研究状况及应用
• 1.4 本课题思路及创新之处
• 2 材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 乳液制备原理
• 2.3.2 乳液的制备
• 2.3.3 乳液性质测定
• 2.3.4 聚丙烯丁酯/淀粉基IPN膜材料的制备
• 2.3.5 薄膜的性能测试
• 2.4 课题技术路线
• 3 结果与分析
• 3.1 乳液的性能
• 3.2 薄膜的吸水性
• 3.2.1 丙烯酸含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.2 淀粉含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.3 醛基含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.4 双醛淀粉含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.5 有效氯含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.6 氧化淀粉含量对薄膜吸水性的影响
• 3.2.7 不同淀粉基/PBA薄膜在1h,24h内吸水率的比较
• 3.3 薄膜的力学性能
• 3.3.1 丙烯酸用量对薄膜力学性能的影响
• 3.3.2 甘油含量对薄膜力学性能的影响
• 3.3.3 醛基含量对薄膜力学性能的影响
• 3.3.4 双醛淀粉含量对薄膜力学性能的影响
• 3.3.5 有效氯含量对薄膜力学性能的影响
• 3.3.6 不同淀粉基薄膜力学性能的比较
• 3.4 薄膜的热分析
• 3.4.1 不同丙烯酸含量薄膜的热分析
• 3.4.2 不同淀粉含量薄膜的热分析
• 3.4.3 不同醛基含量薄膜的热分析
• 3.4.4 不同有效氯含量薄膜的热分析
• 3.4.5 不同淀粉基薄膜的热分析
• 3.5 薄膜的交联度
• 3.6 薄膜的动态力学性能
• 3.7 薄膜的微观形态
• 3.8 薄膜的降解性能
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录