【摘要】：本文首先通過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合、共沉淀制備了復合淀粉接枝共聚物,進一步研究了其對聚乳酸性能的影響。研究工作主要分為以下幾個方面:(1)首先采用硬脂酰氯和丙烯酰氯對淀粉進行酯化改性,在淀粉分子上引入碳碳雙鍵和長烷基鏈。通過紅外和拉曼表征確定了酯化淀粉的結構。水接觸角結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,且接枝聚合反應的單體轉化率為91.8%,接枝百分率為58.4%,接枝效率為50.8%,遠遠高于傳統(tǒng)接枝淀粉聚合方法。微觀結構表明,提純后淀粉接枝共聚物顆粒表面被聚丙烯酸乙酯包裹,形成明顯的核殼結構。同時,淀粉接枝共聚物可以進行熱塑加工,具有良好的力學性能、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)進行熔融共混制備得到PLA/GS共混物。SEM結果發(fā)現(xiàn)GS在聚乳酸中分散良好。力學性能結果表明GS能明顯提高PLA的沖擊強度。當GS含量為20 wt%時,共混物的缺口沖擊強度為31.4 KJ/m~2,與純PLA相比,提高了近10倍,拉伸斷裂伸長率達到411%,且拉伸強度仍能保持在52.8 MPa,明顯高于純聚丙烯酸乙酯改性PLA的結果。DMA結果表明PLA/GS共混物的兩個玻璃化轉變溫度相互靠近,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合、共沉淀制備復合淀粉接枝共聚物(MGS),通過熔融共混制備PLA/MGS納米復合材料。XRD結果表明MMT在PLA基體中分散良好,幾乎完全剝離。力學性能測試結果表明MMT可提高共混物的拉伸強度,MMT含量越高,拉伸強度越高,當MMT含量為5 wt%時,拉伸強度接近61 MPa。熱變形溫度由55.3℃提高到64.8℃,提高了近10℃。DMA結果表明,加入MMT后,樣品的玻璃轉化溫度(T_g)由63.0℃和提高到69.1℃。DSC和XRD結果表明MMT的加入會促進PLA結晶,從而提高PLA的結晶度和熔點。添加了5 wt%蒙脫土的PLA/MGS共混物的結晶度提高至30.7%,熔點為171.2℃。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：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.角水接觸角測試表征酯化改性和接枝改性對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到 10然淀粉的 15.2 °，這是由于酯化改性后淀粉分子結構中部分親水性羥基取代導致的。GS-5/15 的接觸角提高到 106.5 °，疏水性進一步提高，丙大，疏水性越好。同時，由圖 2-4 中（c）與（d）可知提純前后 GS-5/2不大。

徑測試儀測試淀粉接枝共聚物（GS）粒徑，反應機理圖[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，接烯酸乙酯的質量比為 5/2.5 時，接枝百分8.1 %，這也導致了 GS-5/2.5 的較差的力學/15 的接枝百分率和單體轉化率提高至 58.4

提純會將均聚物除去，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)整的球形結構，且表面光滑，大部分粒徑在 400 nm 以內(nèi)。這表明接枝改性過程中淀粉的羥基被取代，氫鍵作用被破壞，淀粉團聚作用顯著下降淀粉顆粒實現(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)出明顯的核殼結構。再結合能譜測試的結果，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)域為較硬的淀粉，周圍一圈灰色的區(qū)域為柔軟的接枝在淀粉顆粒表面的聚丙烯酸乙酯接枝物。這直觀的表明聚丙烯酸乙酯成功接枝到淀粉上并且能對淀粉顆粒實現(xiàn)較好的包覆，出現(xiàn)核殼結構，核為淀粉、殼為聚丙烯酸乙酯。

【參考文獻】

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本文編號：2806381