【摘要】：本文首先通過(guò)接枝改性制備了熱塑性淀粉接枝共聚物,再將其與聚乳酸共混,制備性能優(yōu)異的聚乳酸共混物。將蒙脫土與淀粉接枝共聚物乳液復(fù)合、共沉淀制備了復(fù)合淀粉接枝共聚物,進(jìn)一步研究了其對(duì)聚乳酸性能的影響。研究工作主要分為以下幾個(gè)方面:(1)首先采用硬脂酰氯和丙烯酰氯對(duì)淀粉進(jìn)行酯化改性,在淀粉分子上引入碳碳雙鍵和長(zhǎng)烷基鏈。通過(guò)紅外和拉曼表征確定了酯化淀粉的結(jié)構(gòu)。水接觸角結(jié)果表明酯化改性后淀粉的接觸角明顯增大,疏水性顯著提高。隨后,以丙烯酸乙酯為單體,KPS為引發(fā)劑,采用無(wú)皂乳液聚合的方法制備了淀粉接枝共聚物(GS),并研究了淀粉接枝共聚物的性能。紅外表征證明明聚丙烯酸乙酯成功接枝到淀粉分子上,接枝淀粉成功制備。改用該方法制備的GS乳液穩(wěn)定,且接枝聚合反應(yīng)的單體轉(zhuǎn)化率為91.8%,接枝百分率為58.4%,接枝效率為50.8%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)接枝淀粉聚合方法。微觀(guān)結(jié)構(gòu)表明,提純后淀粉接枝共聚物顆粒表面被聚丙烯酸乙酯包裹,形成明顯的核殼結(jié)構(gòu)。同時(shí),淀粉接枝共聚物可以進(jìn)行熱塑加工,具有良好的力學(xué)性能、耐水性和生物降解性能。(2)將淀粉接枝共聚物(GS)與聚乳酸(PLA)進(jìn)行熔融共混制備得到PLA/GS共混物。SEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)GS在聚乳酸中分散良好。力學(xué)性能結(jié)果表明GS能明顯提高PLA的沖擊強(qiáng)度。當(dāng)GS含量為20 wt%時(shí),共混物的缺口沖擊強(qiáng)度為31.4 KJ/m~2,與純PLA相比,提高了近10倍,拉伸斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到411%,且拉伸強(qiáng)度仍能保持在52.8 MPa,明顯高于純聚丙烯酸乙酯改性PLA的結(jié)果。DMA結(jié)果表明PLA/GS共混物的兩個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相互靠近,表明GS與PLA部分相容。(3)將蒙脫土(MMT)與淀粉接枝共聚物乳液復(fù)合、共沉淀制備復(fù)合淀粉接枝共聚物(MGS),通過(guò)熔融共混制備PLA/MGS納米復(fù)合材料。XRD結(jié)果表明MMT在PLA基體中分散良好,幾乎完全剝離。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明MMT可提高共混物的拉伸強(qiáng)度,MMT含量越高,拉伸強(qiáng)度越高,當(dāng)MMT含量為5 wt%時(shí),拉伸強(qiáng)度接近61 MPa。熱變形溫度由55.3℃提高到64.8℃,提高了近10℃。DMA結(jié)果表明,加入MMT后,樣品的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(T_g)由63.0℃和提高到69.1℃。DSC和XRD結(jié)果表明MMT的加入會(huì)促進(jìn)PLA結(jié)晶,從而提高PLA的結(jié)晶度和熔點(diǎn)。添加了5 wt%蒙脫土的PLA/MGS共混物的結(jié)晶度提高至30.7%,熔點(diǎn)為171.2℃。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O636.12
【圖文】：

3500 3000 2500 2000 1500 1000Wavenumbers (cm-1)GSp-5/2.517251240O-H3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers(cm-1)Native starcha）天然淀粉、酯化淀粉和提純后淀粉接枝共聚物的紅外吸收光譜圖；（b）天然酯化淀粉的拉曼光譜圖3 (a) FTIR spectra of native starch, esterified starch, Poly (ethyl acrylate) and the GSp-5Raman spectra of native starch and esterified starch.角水接觸角測(cè)試表征酯化改性和接枝改性對(duì)淀粉疏水性能的影響。圖 2-4 、酯化淀粉、淀粉接枝共聚物（GS）和提純后淀粉接枝共聚物的水接觸角為接觸角的具體數(shù)據(jù)。如圖表所示，酯化改性后淀粉的接觸角達(dá)到 10然淀粉的 15.2 °，這是由于酯化改性后淀粉分子結(jié)構(gòu)中部分親水性羥基取代導(dǎo)致的。GS-5/15 的接觸角提高到 106.5 °，疏水性進(jìn)一步提高，丙大，疏水性越好。同時(shí)，由圖 2-4 中（c）與（d）可知提純前后 GS-5/2不大。

徑測(cè)試儀測(cè)試淀粉接枝共聚物（GS）粒徑，反應(yīng)機(jī)理圖[110]，圖 2-6 為淀粉接枝共聚物在 100~400 nm 范圍內(nèi)，且乳液均一穩(wěn)定好的乳化性能。接枝共聚物由接枝了聚丙烯酸乙酯的接枝淀聚物的共聚參數(shù)如表 2-5 所示，采用硬脂枝共聚物具有較高的接枝百分率（GP）和接%，接枝效率 50.8 %，遠(yuǎn)高于用傳統(tǒng)天然淀性使得淀粉具有較好的乳化性能，而丙烯反應(yīng)活性，提高了接枝效率。比較不同丙數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著丙烯酸乙酯用量的增加，接烯酸乙酯的質(zhì)量比為 5/2.5 時(shí)，接枝百分8.1 %，這也導(dǎo)致了 GS-5/2.5 的較差的力學(xué)/15 的接枝百分率和單體轉(zhuǎn)化率提高至 58.4

提純會(huì)將均聚物除去，剩下的為接枝淀粉。將提純后的淀粉接枝共聚物GSp-5/15 分別用 SEM 和 TEM 表征其微觀(guān)形貌。圖 2-7 為 GSp-5/15 的 SEM 照片，如圖所示，接枝淀粉呈現(xiàn)為較規(guī)整的球形結(jié)構(gòu)，且表面光滑，大部分粒徑在 400 nm 以?xún)?nèi)。這表明接枝改性過(guò)程中淀粉的羥基被取代，氫鍵作用被破壞，淀粉團(tuán)聚作用顯著下降淀粉顆粒實(shí)現(xiàn)了較好的分散。用能譜（EDS）分析 GSp-5/15 表面的元素分布，表 2-6 為天然淀粉、聚丙烯酸乙酯和提純后淀粉接枝共聚物表面 C 和 O 兩種元素的百分比。如表所示，GSp-5/15 表面 C 和 O 的百分比與聚丙烯酸乙酯表面的 C 和 O 的百分比更接近，表明聚丙烯酸乙酯包裹在淀粉顆粒表面。圖 2-8 為提純后的 GS-5/15 的 TEM 圖。如圖所示，圖中 GSp-5/15 顆粒呈較規(guī)則的球形，且表現(xiàn)出明顯的核殼結(jié)構(gòu)。再結(jié)合能譜測(cè)試的結(jié)果，表明丙烯酸乙酯成功接枝到淀粉顆粒表面，圖 2-8 中球形中間黑的區(qū)域?yàn)檩^硬的淀粉，周?chē)蝗疑膮^(qū)域?yàn)槿彳浀慕又υ诘矸垲w粒表面的聚丙烯酸乙酯接枝物。這直觀(guān)的表明聚丙烯酸乙酯成功接枝到淀粉上并且能對(duì)淀粉顆粒實(shí)現(xiàn)較好的包覆，出現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，核為淀粉、殼為聚丙烯酸乙酯。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2806381