无机粉体填充PBA/淀粉互穿聚合物网络材料的合成

摘要

互穿聚合物网络(Interpenetrating Polymer Network，简称IPN)是高分子聚合物共混改性的一种重要方法，利用IPN技术特有的缠结和互容特性可以提高共混物的相容性。本论文利用IPN技术将一定量的无机粉体填充到聚丙烯酸丁酯和淀粉的共混体系中，并对共混物进行了一系列的性能测试研究。
　　 实验中采用种子乳液聚合的方式，用丙烯酸(AA)改性丙烯酸丁酯(BA),用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，制备了丙烯酸含量分别为0％、2％、4％、6％、8％、10％、12％的一系列共聚物乳液，通过测试乳液性能和比较确定了丙烯酸的最佳用量。然后选取丙烯酸含量为10％的乳液和淀粉以一定的配比共混，同时分别以碳酸钙、滑石粉和膨润土三种无机粉体填充，在机械搅拌作用下形成IPN网络结构。通过透射电镜观察，分析了乳液和淀粉间相互作用情况，研究了丙烯酸用量、淀粉用量、填充剂用量及填充剂种类对共混体系的吸水性、力学性能、流变性及热性能的影响。研究结果如下：
　　 1.丙烯酸的加入使聚合过程变得稳定，提高了乳液的固含量，并使乳液具备很好的机械稳定性和离子稳定性；
　　 2.由于复合材料中含有亲水性单体丙烯酸和淀粉，材料在10h之内吸水率迅速上升达到40％左右，当添加碳酸钙、滑石粉和膨润土三种填充剂之后，材料的吸水能力各不相同，总体来说，膨润土使得材料的吸水性能大幅度提高，而碳酸钙和滑石粉在一定的范围内使材料的吸水性降低；
　　 3.经拉伸测试表明丙烯酸的加入可以使材料的断裂伸长率和断裂强度均有所提高，淀粉含量应控制在25％左右，太多会使材料变得硬脆。经三种材料填充后发现碳酸钙和滑石粉均可以改善力学性能，而膨润土则使材料的断裂伸长率和拉伸强度均下降；
　　 4.用旋转粘度计测试了共混物的流变性，结果得出共混体系的非牛顿指数均小于1，为切力变稀的假塑性流体；
　　 5.从透射电镜照片可以看出材料经三种填充剂填充后聚丙烯酸丁酯和淀粉颗粒的相容性均有所提高，其中滑石粉对整个体系的增容效果最好，碳酸钙的次之，膨润土的最差。
　　 6.从材料的DSC测试和TG测试中可以看出，无机粉体填充后材料的稳定性均有所提高，其中碳酸钙对改善材料的热稳定性起到了良好效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 淀粉基生物降解塑料

1.2.1 淀粉的结构和性质

1.2.2 淀粉基塑料的研究现状和展望

1.3 互穿聚合物网络(IPN)

1.3.1 概述

1.3.2 IPN的分类及其形态结构的影响因素

1.3.3 IPN的研究方法

1.4 填充改性复合材料

1.4.1 复合材料填充改性的研究背景

1.4.2 填料的种类及应用状况

1.5 本课题研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 课题技术路线

第二章 实验部分

2.1 实验材料

2.2 主要仪器设备

2.3 实验内容

2.3.1 乳液的制备方法

2.3.2 乳液的性质测定

2.3.3 淀粉的糊化

2.3.4 共混物薄膜的制备

2.3.5 薄膜的性能测试

第三章 结果与分析

3.1 乳液的性能

3.1.1 乳液及涂膜的外观

3.1.2 乳液聚合的稳定性

3.1.3 乳液的固含量

3.1.4 离子稳定性

3.1.5 乳液的稳定性

3.1.6 pH值

3.1.7 乳液的粘度

3.1.8 乳胶膜的吸水率

3.1.9 其它因素的影响

3.2 复合材料的吸水性

3.2.1 丙烯酸含量对材料吸水性的影响

3.2.2 淀粉含量对材料吸水性的影响

3.2.3 填充剂对材料吸水性的影响

3.3 复合材料的力学性能

3.3.1 丙烯酸含量对材料力学性能的影响

3.3.2 淀粉含量对材料力学性能的影响

3.3.3 反应时间对材料力学性能的影响

3.3.4 反应温度对材料力学性能的影响

3.3.5 填充剂对材料力学性能的影响

3.4 复合材料的流变性

3.4.1 流体的类型

3.4.2 非牛顿指数n和组成的关系

3.4.3 表观黏度η与组成的关系

3.4.4 温度对材料流变性的影响

3.4.5 粘流活化能Ea

3.5 复合材料的微观形态

3.6 复合材料的热分析

3.6.1 复合材料的DSC测试

3.6.2 复合材料的TG测试

第四章 结论

参考文献

致谢