POE/POE-g-MAH/高含量淀粉共混物的制备、性能与结构的研究

摘要

当前，对于淀粉基可降解材料的制备而言，无论是与可完全降解的聚酯共混，还是与低密度聚乙烯(LDPE)共混，淀粉的添加量大都在20％、30％左右，达到40％就非常困难。本论文在前人的研究成果及本实验室研究POE/POE-g-MAH/TPU的基础上，采用茂金属聚乙烯-辛烯弹性体(POE)为载体，主要研究了相容剂POE-g-MAH对POE与高含量淀粉共混物力学特性的影响；通过FT-IR、SEM、ARES、DSC及蚀刻技术推断出POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的相容机理，并从相态结构、界面特性、网络结构三方面分析了POE-g-MAH提高：POE与高含量淀粉共混物的力学性能的原因；同时，论文还研究了POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的结晶性能、热降解老化性能及盐酸老化性能。本论文的主要研究内容及结果如下： POE/POE-g-MAH/淀粉共混物在转矩流变仪中共混的最佳工艺条件是：温度140℃，转速60rpm，时间6min，相容剂为6份。 相容剂POE-g-MAH较均匀地分散于POE/POE-g-MAH/淀粉共混物组份间的相界面，因而即使淀粉的含量高达60％、70％，POE-g-MAH都可提高共混物的相容性，其FT-IR、相态结构、界面特性、网络结构、结晶特性、流变特性都证实了这一点。但由于淀粉虽为刚性粒子，但强度差，且淀粉流动性差以致不能很好传递力的结果，因此，POE-g-MAH对共混物的力学性能贡献有限，并不如传统的共混体系那么显著。本实验还发现在POE/POE-g-MAH/淀粉共混物中，POE-g-MAH/淀粉共混物的力学性能是最差的，这可能是相容性太好而不能形成“海岛结构”的缘故。 FT-IR证明POE-g-MAH之所以能改善POE与淀粉的相容性是因为POE-g-MAH上的酸酐与淀粉中的羟基发生酯化作用生成酯基，并形成氢键的缘故。POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的界面研究表明，POE-g-MAH的引入使得部分淀粉粒子被POE-g-MAH包裹，从而形成了以淀粉粒子为“核”，POE-g-MAH为“壳”的“核壳”结构，蚀刻结果也证明了“核壳”结构的存在。POE/POE-g-MAH/淀粉共混物经盐酸蚀刻后形成了预期中的蜂窝状网络结构，这种网络结构将有利于共混物力学性能的提高。网络结构还表明，即使淀粉含量达到70％，POE仍为连续相。 采用Jeziomy、Ozawa、Liu三种方法对POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的非等温结晶动力研究结果表明：除Ozawa法外，Jeziomy和Liu法都适合POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的非等温结晶动力学的研究。5％的淀粉添加量能促进POE的异相成核，添加更多的淀粉则只能起到填料的作用，不但不能促进POE的异相成核，反而阻碍其结晶。用Augis-Bennett、Kissinger和Takhor三种方法求出POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的结晶活化能也证明了这一点。利用Flynn-Wall-Ozawa法计算得到了POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的热降解动力学参数(表观活化能Ea和指数前因子A)，用Kissinger法检验比较Flynn-Wall-Ozawa法发现二种方法求得的Ea接近，A值变化趋势一致，这说明所得动力学结果是可信的。热重．红外联用技术研究表明，尽管混合物的配比不一样，但混合物中淀粉和POE的热降解相对独立。淀粉热降解的主要产物可能是小分子的羧酸、醛、醇、醚、水和CO<,2>；而POE热降解的主要产物可能是小分子烷烃和烯烃。进一步证明其精确组成则还须与核磁连用。 盐酸老化实验表明，随着时间由1天增加到15天，盐酸由．POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的表面渗透到内部直至最里面。且经盐酸老化的样条是从内部开始断裂的。 通过对POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的系统研究，发现相容剂固然对淀粉基共混体系很重要，但如何提高淀粉的流动性才是其关键所在。因此，本人认为，增塑剂及纳米蒙脱土对淀粉基共混体系的影响将是淀粉基共混体系的发展方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本研究课题的背景与意义

1.2茂金属聚烯烃弹性体

1.2.1化学结构及性能特点

1.2.2作为聚合物改性剂的应用

1.2.3聚烯烃弹性体的发展展望

1.3淀粉基可生物降解材料的共混研究

1.3.1淀粉的结构与性能

1.3.2淀粉接技共聚改性

1.3.3热塑性淀粉(TPS)

1.3.4淀粉/聚乙烯醇(PVA)共混体系

1.3.5淀粉/(聚ε-已内酯)(PCL)共混体系

1.3.6淀粉/聚丙交酯(PLA)共混体系

1.3.7淀粉/聚羟基烷酸酯(PHBV)共混体系

1.3.8淀粉/聚(丁二酸丁二醇-己二醇酯)(PBSA)共混体系

1.3.9淀粉/聚烯烃共混体系

1.4本论文选题依据及主要研究内容

1.4.1本论文选题的依据

1.4.2本论文的主要研究内容

第二章POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的制备及表征

2.1主要原料

2.2 POE-g-MAH的制备

2.2.1 POE-g-MAH的制备方法

2.2.2 POE-g-MAH的制备

2.3 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的制备

2.4 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物制样

2.5 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的测试与表征

2.5.1 POE相容剂接枝率测定

2.5.2红外光谱分析(FT-IR)

2.5.3扫描电子显微镜分析(SEM)

2.5.4拉伸应力-应变性能测试

2.5.5粉末X-射线衍射(XRD)

2.5.6差示扫描量热分析(DSC)

2.5.7热失重分析(TGA)

2.5.8动态流变学测试(ARES)

第三章POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的相态结构及力学性能

3.1共混工艺的选择

3.2 POE/POE-g-MAH/淀粉的FT-IR和XRD分析

3.3 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的形态特性及力学特性

3.3.1 POE/POE-g-MAH/低含量淀粉共混物的形态特性及力学特性

3.3.2 POE/POE-g-MAH/高含量淀粉共混物的形态特性及力学特性

3.4 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的相容机理

3.5本章小结

第四章POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的界面特性与网络结构

4.1 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的界面特性

4.1.1 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的界面特性理论

4.1.2 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的界面特性

4.2 POE/POE-G-MAH/淀粉共混物的网络结构

4.3本章小结

第五章POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的结晶性能

5.1 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的非等温结晶行为

5.2 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的非等温结晶动力学

5.3 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物非等温结晶动力学的活化能

5.4本章小结

第六章POE/POE-MAH/淀粉共混物的动态流变特性

6.1温度对POE/POE-g-MAH/淀粉共混的流变性的影响

6.2相容剂对POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的流变性的影响

6.3 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的动态频率扫描研究

6.4本章小结

第七章POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的热老化性能及盐酸老化性能

7.1 POE/POE-G-MAH/淀粉共混物的热老化性能

7.1.1 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的热重分析

7.1.2 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的热降解动力学分析

7.1.3 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物热降解的热重红外分析

7.2 POE/POE-g-MAH/淀粉共混物的盐酸老化性能

7.3本章小结

附图

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见