缩醛交联、增塑改性以及丙烯酰氯接枝改性聚乙烯醇的制备及其性能研究

摘要

聚乙烯醇（PVA）是一种无色、无毒、无腐蚀性、可生物降解的水溶性有机高分子，在包装和工农业领域有广泛应用。目前我国聚乙烯醇材料领域的研究非常热门，但在聚乙烯醇的耐水性改性方面、增塑性改性以及接枝改性方面还做得远远不够。常见的文献方法存在一定的问题，改性工艺复杂，可操作性差，或者引入原材料品种多，成本高，反应物污染大，不能适应生产需求和环境友好两方面的要求。因此，选择研究这一课题，旨在找到较为合理的方法对PVA进行改性。首先希望提高PVA的耐水性。同时，在其中加入适当的增塑剂以改善其力学性能等其它性能。此外，希望进行对聚乙烯醇进行丙烯酰氯接枝改性的研究，将活性双键接枝到聚乙烯醇上，使之具备可以用于紫外光固化的性能。对于这一课题的研究具有很高的工业生产和应用价值，有助于推动我国绿色环保功能型聚乙烯醇的自主发展；更具有深远的社会效益，绿色环保，利国利民。 用醛交联是改善聚乙烯醇薄膜耐水性的重要途径之一。本研究利用PVA可以发生分子间的缩醛化交联，加入醛做交联剂发生反应，从而提高其耐水性。依据缩醛化反应的原理，通过严格控制反应条件，制备耐水性聚乙烯醇薄膜。制备的聚乙烯醇薄膜，通过粘度测试，FT-IR，拉伸测试等手段进行表征。 同时，针对PVA薄膜的塑化，在制备过程中加入小分子增塑剂是改善聚乙烯醇薄膜加工性能的有效方法。加入一定的增塑剂，以改善其加工性能及力学性能。探讨了增塑剂加入对改性膜的影响及其最佳增塑条件。 最后，为进一步拓宽PVA的应用领域，选择丙烯酰氯接枝改性，为PVA接枝上具有光固化活性的双键结构。根据反应原理，探讨了接枝改性的反应条件和产物配比，得到了一种含有双键的改性PVA，并对其紫外光固化性能进行了探讨。 结果表明：1．以聚乙烯醇1788水溶液为原料，戊二醛为交联剂，乙酸为催化剂，采用缩醛交联法制备了改性PVA膜。成膜液合成条件为：PVA17885wt%水溶液60mL，36%戊二醛溶液0．5mL，1mol/L乙酸2mL，在80℃下恒温反应43min。反应完成后用玻璃棒将成膜液均匀涂抹在聚四氟乙烯板上。室温干燥36小时。所得的成膜液粘度为285 mPa·S。耐水性比纯PVA膜明显提高。 2．探索了以环状三羟甲基丙烷缩甲醛（CTF），对甲醛基苯乙烯基甲基吡啶硫酸甲酯盐（SBQ）代替戊二醛用做交联剂的交联效果，还探索了通过光聚合反应使PVA交联，但是效果不明显。尝试了以柠檬酸代替多元醇用作增塑剂，但是实验结果不理想，因为柠檬酸酸性很强，在反应过程过于剧烈，不利于涂膜液的合成。 加入多元醇增塑剂，塑化效果明显，韧性有很大提高；由于小分子增塑剂也参与交联反应，并没有严重的增塑剂析出现象。确定涂膜液合成配方中增塑剂丙三醇占体系7wt%。塑化效果明显，韧性比纯PVA膜明显提高。 3．以聚乙烯醇1788的N-甲基吡咯烷酮溶液和丙烯酰氯为原料，采用接枝改性法制备了含有活性双键结构的改性PVA。合成条件为：PVA17881．1g，N-甲基吡咯烷酮30mL，丙烯酰氯2mL，在60℃下恒温反应2hr，用三乙胺中和反应副产物。反应结束后，将溶液倒入无水乙醇中超声震荡洗涤，析出沉淀、抽滤、洗涤，放入真空干燥箱内烘干，平衡后称重，测试接枝率。产物带有活性双键结构，可用于紫外光固化应用。 这三种此类具有优良耐水性、良好力学性能、具有紫外光固化反应活性的改性聚乙烯醇有望有更广泛的工业应用。

目录

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第一章 绪论

1.1聚乙烯醇简介

1.1.1聚乙烯醇的性质

1.2聚乙烯醇的应用

1.2.1聚乙烯醇薄膜的性质及其应用领域

1.2.2聚乙烯醇生物相容性的研究

1.3聚乙烯醇的改性现状

1.3.1缩醛反应

1.3.2醚化改性

1.3.3接枝改性

1.3.4酯化反应

1.3.5异氰酸酯类

1.3.6内酯改性

1.3.7 Michael加成反应

1.3.8尿素改性

1.3.9硼砂改性

1.3.10纳米二氧化硅改性

1.4紫外光固化技术概述

1.5课题的提出

第二章 耐水性聚乙烯醇的制备及其性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器

2.2.3反应原理

2.2.4 PVA膜的制备

2.2.5正交试验

2.2.6改性PVA膜的性质的测定

2.3结果与讨论

2.3.1催化剂的选择

2.3.2正交试验结果

2.3.3反应温度对改性聚乙烯醇膜的影响

2.3.4反应时间对改性聚乙烯醇膜的影响

2.3.5戊二醛用量对改性聚乙烯醇膜的影响

2.3.5催化剂用量对改性聚乙烯醇膜的影响

2.3.6 PVA膜的表面形态表征

2.3.7 PVA膜的X-射线衍射分析

2.3.8 PVA膜的直观耐水性

2.3.9 PVA膜在不同相对湿度下吸水率测试

2.3.10 PVA膜的力学性能

2.4小结

第三章 聚乙烯醇薄膜的增塑性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器

3.2.3 PVA涂膜液的合成

3.2.4 PVA膜的制备和保存

3.2.5改性PVA膜及其析出物的性质测定

3.3结果与讨论

3.3.1探索性实验

3.3.2粘度测试

3.3.3红外光谱(IR)表征

3.3.4拉伸测试

3.4小结

第四章接枝聚乙烯醇的制备和性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2实验仪器

4.2.3反应原理

4.2.4接枝PVA的制备

4.2.5正交试验

4.2.6改性PVA膜的性质的测定

4.3结果与讨论

4.3.1溶剂对接枝率聚乙烯醇的影响

4.3.2正交试验结果

4.3.3反应温度对改性聚乙烯醇的影响

4.3.4反应时间对改性聚乙烯醇膜的影响

4.3.5丙烯酰氯用量对改性聚乙烯醇的影响

4.3.6红外光谱(IR)表征

4.4小结

第五章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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