加工条件和聚氨酯结构对新型热塑性淀粉结构和性能影响的研究

论文摘要

近年来,接有异氰酸根（NCO）的聚氨酯预聚体被用来增韧淀粉,由于异氰酸根和淀粉的羟基具有很高的反应活性,因此,用聚氨酯预聚体改性淀粉吸引了越来越多人的关注。然而,在改性过程中,使用了大量的有机溶剂,造成环境污染,因此,以环境友好的方式制备高韧性和疏水性的改性淀粉材料是很重要的。在我们先前工作中,将天然蓖麻油基聚氨酯预聚体、淀粉和水的混合物经过反应挤出制备改性淀粉。一般而言,在高分子材料学中,材料加工、结构和性能相互影响,相互制约。所以,本文研究了加工温度和聚氨酯结构对改性淀粉结构/性能的影响。首先,研究加工温度对改性热塑性淀粉（TPS）结构/性能的影响。结果表明,在不同加工温度（60-90℃）的热塑性淀粉表现出相似的形态,热性能和力学性能,被用来制备改性淀粉的聚氨酯预聚体的反应率为98.83±0.01%,与纯淀粉材料相比,改性热塑性淀粉的韧性及疏水性得到明显改善。其次,研究聚氨酯预聚体结构对改性热塑性淀粉（TPS）结构/性能的影响。（1）在聚氨酯预聚体中加入阴离子亲水性组分二羟甲基丙酸（DMPA）,研究聚氨酯中DMPA对改性热塑性淀粉结构/性能的影响。结果表明,当聚氨酯预聚体在改性淀粉中的含量增加从10%到20%,改性淀粉的断裂伸长率增加从5.4%到9.8%。此外,被用来制备改性淀粉的聚氨酯预聚体的反应率为98.5±0.03%,与油性聚氨酯改性淀粉相比,亲水性聚氨酯改性淀粉粘度增加和接触角降低。（2）在聚氨酯预聚体中加入非离子亲水性组分聚乙二醇（PEG）,研究聚氨酯中PEG对改性热塑性淀粉结构/性能的影响。结果表明,与纯淀粉相比,改性淀粉力学性质下降,但粘度增加,接触角降低。总之,加工温度对改性热塑性淀粉（TPS）结构/性能的影响不是很显著,这是由于大量异氰酸酯基微球的形成和每一个异氰酸酯基高的反应活性对改性淀粉的反应率起主要作用。同时,与油基聚氨酯相比,含有亲水性组分的聚氨酯,导致改性淀粉亲水性有所提高,进而拓宽其应用价值,说明该改性方法是可行,高效而且环保的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 完全生物降解塑料的研究现状
• 1.2 淀粉的物理性质及其结构特点
• 1.2.1 淀粉的物理性质
• 1.2.2 淀粉的结构特点
• 1.3 淀粉的化学改性
• 1.4 淀粉的加工技术
• 1.4.1 淀粉的糊化
• 1.4.2 淀粉的挤出加工
• 1.5 本课题的立题思想和研究意义
• 1.6 本论文所做的工作
• 1.7 本论文主要创新点
• 第二章 加工温度对聚氨酯微球改性热塑性淀粉结构和性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料和仪器
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 实验一:聚氨酯预聚体的合成
• 2.3.2 实验二:改性热塑性淀粉的制备
• 2.3.3 实验三:改性塑性淀粉膜的制备
• 2.3.4 表征与测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 结构分析
• 2.4.2 形态分析
• 2.4.3 力学性能分析
• 2.4.4 热性质分析
• 2.4.5 接触角分析
• 2.4.6 韧性热塑性淀粉的形成机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 DMPA基聚氨酯预聚体亲水性对改性热塑性淀粉结构和性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.3 实验步骤
• 3.3.1 实验一:聚氨酯预聚体的合成
• 3.3.2 实验二:改性热塑性淀粉的制备
• 3.3.3 实验三:改性塑性淀粉膜的制备
• 3.3.4 实验四:PUP粉末的制备
• 3.3.5 表征与测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 结构分析
• 3.4.2 形态分析
• 3.4.3 力学性质分析
• 3.4.4 热性能分析
• 3.4.5 接触角分析
• 3.4.6 反应率分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 PEG基聚氨酯预聚体的亲水性对改性热塑性淀粉结构和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与仪器
• 4.3 实验步骤
• 4.3.1 实验一:聚氨酯预聚体的合成
• 4.3.2 实验二:改性热塑性淀粉的制备
• 4.3.3 实验三:改性塑性淀粉膜的制备
• 4.3.4 表征与测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 结构分析
• 4.4.2 力学性质分析
• 4.4.3 DSC分析
• 4.4.4 粘度测试
• 4.4.5 接触角测试
• 4.5 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附录 本人在硕士期间研究成果
• 致谢