柠檬酸接枝改性聚乙烯醇（PVA）薄膜的制备和表征

论文摘要

聚乙烯醇（PVA）是一种可完全生物降解的高分子聚合物,可以替代难以降解的聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料制品,成为优良的塑料薄膜。但纯聚乙烯醇薄膜降解时间过长,限制了聚乙烯醇的应用。本论文通过接枝共混的方法对聚乙烯醇进行改性,从而得到了一种降解速率快,降解完全的改性聚乙烯醇薄膜。本论文首先采用酯化反应合成了柠檬酸与聚乙烯醇的接枝共聚物（CA-PVA）。利用聚乙烯醇分子上的羟基与柠檬酸上的羧基反应,在聚乙烯醇分子链上引入了更容易生物降解的酯基基团,并用红外光谱对其微观结构进行了表征。通过正交实验讨论了聚乙烯醇与柠檬酸的质量之比（投料比）、反应温度和反应时间对酯化程度（键和量）的影响,确定了柠檬酸接枝改性聚乙烯醇的较佳条件是:投料比m（柠檬酸）: m（PVA）为4:1,反应温度为60℃,反应3小时,所得产物的产率最高达47.12%。并通过TG、DSC考察了CA-PVA的热性能表明: CA-PVA热降解的过程分成两个阶段,前一个阶段主要是酯化物CA-PVA的热解,第二阶段主要为PVA的热降解。从DSC曲线发现:柠檬酸的引入降低了PVA的热分解温度。分别以淀粉和聚乙烯吡咯烷酮为增塑剂,与改性后的聚乙烯醇在水溶液中共混,流延成膜,考察了改性PVA薄膜的力学性能和透光率,并利用电镜对薄膜的形态结构进行表征。结果表明: Starch/CA-PVA膜拉伸强度和断裂伸长率随着淀粉填充量的增大呈现先增大后减小的趋势,透光率呈现下降的趋势,且当淀粉填充量达到50%左右时,薄膜的力学性能和透光率都发生了急剧下降,最后确定淀粉的最佳填充量为50%,此时薄膜的力学性能最好,拉伸强度和断裂伸长率分别达到了7.7 MPa和32.20%,透光率在70%以上。PVP/CA-PVA膜的拉伸强度随PVP量的增加呈现先增大后减小的趋势,断裂伸长率呈现下降的趋势,透光率也逐渐减小,且当PVP填充量达到50%左右时,薄膜的力学性能和透光率都发生了急剧的下降,最后确定PVP的最佳填充量为50%,此时薄膜的拉伸强度达到5.3 MPa,断裂伸长率达到13.6%,透光率在95%以上。分别通过体外降解和土埋降解的方式考察改性薄膜的降解性能。结果表明:Starch/ CA-PVA膜在生物体外降解24个小时后失重率可达85%;在土埋降解实验中: Starch/CA-PVA膜在6个月后失重率达到30%,纯PVA薄膜在生物体外降解24个小时后失重率只有70%,在土埋降解6个月后失重率为12%。对降解后的Starch/CA-PVA膜进行力学性能测试发现:薄膜的拉伸强度呈逐渐减小的趋势,断裂伸长率呈现先增加,后急剧减小的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 引言
• 1.2 生物降解机理及生物降解聚合物的分类
• 1.2.1 生物降解机理及其影响因素
• 1.2.2 生物降解聚合物的分类
• 1.3 聚乙烯醇性能简介
• 1.3.1 聚乙烯醇的降解机理
• 1.3.2 以提高聚乙烯醇降解能力为目的的改性方法
• 1.4 不同可生物降解聚乙烯醇膜的研究及应用
• 1.4.1 淀粉基可生物降解聚乙烯醇膜
• 1.4.2 壳聚糖/聚乙烯醇共混膜
• 1.4.3 聚乙烯醇/聚乳酸共混膜
• 1.4.4 聚乙烯醇/聚 β-羟基丁酸共混膜
• 1.5 本课题的研究目的和内容
• 2 柠檬酸接枝改性聚乙烯醇的制备和表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及药品
• 2.2.2 接枝共聚物的制备及表征
• 2.2.3 实验最佳方案设计
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外结果分析
• 2.3.2 正交实验结果分析
• 2.4 相关因素对键合量的影响
• 2.4.1 反应物投料比
• 2.4.2 聚合温度的影响
• 2.4.3 反应时间的影响
• 2.4.4 催化剂用量对反应程度的影响
• 2.4.5 催化剂和柠檬酸加入顺序对酯化程度的影响
• 2.5 小结
• 3 CA-PVA 的热性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 热重分析（TG）
• 3.2.2 差示扫描量热分析（DSC）
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 TG 结果分析
• 3.3.2 DSC结果分析
• 3.4 结论
• 4 接枝改性聚乙烯醇薄膜的制备和表征
• 4.1 前言
• 4.2 Starch/CA-PVA共混膜的制备和表征
• 4.2.1 实验仪器及原料
• 4.2.2 Starch/CA-PVA共混膜的制备
• 4.2.3 Starch/CA-PVA共混膜的表征
• 4.2.4 结果与分析
• 4.3 PVP/CA-PVA共混膜的制备和表征
• 4.3.1 实验仪器及药品
• 4.3.2 PVP/CA-PVA共混膜的制备
• 4.3.3 PVP/CA-PVA共混膜的表征
• 4.3.4 结果与分析
• 4.3.5 两种共混膜的性能对比
• 4.4 结论
• 5 Starch/CA-PVA 共混膜的降解性实验
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器及原料
• 5.2.2 实验方案
• 5.2.3 表征
• 5.2.4 Starch/CA-PVA共混膜的降解实验结果与分析
• 5.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢