壳聚糖接枝丙烯酸酯共聚物的合成及其在PVC中的应用

摘要

壳聚糖(CTS)含有多种官能团，极具反应活性，并且是一种天然抗菌剂，具有优良的抗菌性。丙烯酸酯类共聚物性能优良，应用广泛且符合环保要求。本课题采用乳液聚合的方法，将丙烯酸酯类单体与壳聚糖接枝共聚，分别合成壳聚糖—纯丙和壳聚糖—苯丙共聚乳液，制得壳聚糖—丙烯酸酯类共聚物树脂(ACR)，添加到PVC中，进行了共混改性研究。 首先进行壳聚糖的选择。用普通壳聚糖、水溶性壳聚糖和低分子壳聚糖(壳寡糖)三种壳聚糖分别合成壳聚糖—纯丙共聚乳液。通过对壳聚糖的溶解度、颜色、乳液稳定性、固含量、凝胶率、粒径大小和乳胶膜表面形态进行比较和分析，最终选用水溶性壳聚糖。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)为主单体，壳聚糖为抗菌单体，过硫酸钾(KPS)和硝酸铈铵(CAN)为引发剂，通过接枝共聚，合成了壳聚糖—纯丙共聚乳液和壳聚糖—苯丙共聚乳液。考察了壳聚糖、水、乳化剂和引发剂用量，软硬单体配比和用量，反应时间和温度对乳液性能的影响。通过测定乳液固含量、凝胶率和稳定性，确定两种乳液的最佳合成条件。利用红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)测试乳液的组成变化，表征聚合物的结构及乳胶膜表面形态；差示扫描量热仪(DSC)考察玻璃化转变温度；激光粒度仪测试乳液粒径的大小及分布情况；将乳液涂成薄膜，测试抗菌性能，发现具有良好的抗菌性。 用壳聚糖—纯丙共聚乳液和壳聚糖—苯丙共聚乳液制得ACR粒子，添加到PVC中，进行共混改性。测试混炼时间和混炼温度对PVC/ACR共混材料冲击性能的影响。用冻融破乳法制得ACR1和ACR2粒子，添加到PVC中，测试共混改性后PVC材料的抗冲击性能、弯曲性能、拉伸性能、耐热性能和加工性能。用扫描电镜观察样品的形貌特征，发现共混体系相容性较好。ACR与PVC共混后能显著提高PVC的抗冲击性能，而材料的拉伸性能和弯曲模量有不同程度的下降。当PVC/ACR1=100/8时，共混体系的冲击强度较纯PVC提高4倍多；当PVC/ACR2=100/10时，共混体系的冲击强度较纯PVC提高3倍多。所以，合成的ACR是一种能有效改善PVC抗冲击性能的改性剂，并且PVC/ACR1的抗冲击性能优于PVC/ACR2的抗冲击性能。将碳酸钙加到乳液中破乳制得ACR3和ACR4两种粒子，添加到PVC中，测试共混改性后PVC材料的性能。共混后，PVC的抗冲击性能显著提高，而拉伸性能和弯曲性能逐渐减小，但程度较小。当PVC/ACR3=100/18时，共混体系的冲击强度较纯PVC提高近5倍；当PVC/ACR4=100/20时，共混体系的冲击强度较纯PVC提高近4倍。综上所述，PVC/ACR3的抗冲击性能最佳。测试了PVC/ACR3材料的抗菌性，对大肠杆菌的抗菌率达99.1％，金黄色葡萄球菌的抗菌率达98.9％，表明具有优良的抗菌性。 ACR与稀土稳定体系下的PVC共混，可制得性能优良，不含铅盐的无毒PVC/ACR材料。采用皂化法自制了硬脂酸稀土稳定剂，并对其热稳定性进行测试。结果表明，硬脂酸稀土稳定性能满足材料的加工性能。对稀土稳定体系下PVC/ACR共混材料的冲击性能和加工性能进行测试，材料的冲击性能和加工性能都有不同程度的提高。用扫描电镜观察了样品的形貌特征，共混体系相容性很好。将PVC/ACR3与PVC/CPE、PVC/SBS两个增韧体系进行性能比较，实验结果表明ACR3完全可以取代CPE、SBS两种抗冲改性剂，并且ACR3与CPE有良好的协同作用。 制备的ACR是功能性改性助剂，对PVC进行共混改性，可得到高韧性抗菌材料。合成无毒、环保的稀土稳定剂添加到PVC/ACR中，材料的性能较好，应用研究取得了比较明显的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1壳聚糖研究进展

1.1.1壳聚糖简介

1.1.2壳聚糖的应用

1.1.3壳聚糖的抗菌性

1.2壳聚糖接枝共聚研究进展

1.2.1壳聚糖与醇类接枝共聚

1.2.2壳聚糖与酯类接枝共聚

1.2.3壳聚糖与酸类接枝共聚

1.2.4壳聚糖与酰胺类接枝共聚

1.2.5壳聚糖与苯乙烯接枝共聚

1.2.6壳聚糖与盐类接枝共聚

1.2.7壳聚糖与树枝状大分子接枝共聚

1.3丙烯酸酯乳液的研究

1.3.1苯乙烯改性丙稀酸酯乳液

1.3.2有机硅改性丙烯酸酯乳液

1.3.3聚氨酯改性丙烯酸酯乳液

1.3.4氟树脂改性丙烯酸酯乳液

1.4抗冲改性剂的研究

1.4.1抗冲改性机理

1.4.2抗冲改性剂种类

1.5本课题研究的目的和意义

第二章壳聚糖—纯丙共聚乳液的合成与性能研究

2.1壳聚糖—纯丙共聚乳液的合成

2.1.1主要原料和仪器

2.1.2实验原理

2.1.3壳聚糖—纯丙共聚乳液的合成工艺

2.1.4壳聚糖—纯丙共聚乳液的性能测试

2.2结果与讨论

2.2.1壳聚糖的选择

2.2.2合成工艺的确定

2.3乳液性能测试

2.3.1红外光谱分析

2.3.2乳液粒径分布

2.3.3扫描电镜分析

2.3.4 DSC测试分析

2.3.5抗菌性能测试

第三章壳聚糖—苯丙共聚乳液的合成与性能研究

3.1壳聚糖—苯丙共聚乳液的合成

3.1.1主要原料和仪器

3.1.2实验原理

3.1.3壳聚糖—苯丙共聚乳液的合成工艺

3.2结果与讨论

3.2.1壳聚糖与水的用量对乳液性能的影响

3.2.2乳化剂用量对乳液性能的影响

3.2.3引发剂用量对乳液性能的影响

3.2.4单体配比和用量对乳液性能的影响

3.2.5反应时间对乳液性能的影响

3.2.6聚合温度对乳液性能的影响

3.3乳液性能测试

3.3.1红外光谱分析

3.3.2乳液粒径分布

3.3.3扫描电镜分析

3.3.4 DSC测试分析

3.3.5抗菌性能测试

第四章PVC共混改性研究

4.1实验部分

4.1.1实验药品

4.1.2实验仪器

4.1.3基本配方

4.1.4 ACR的制备

4.1.5 PVC试样的制备

4.1.6性能测试

4.2加工条件对PVC/ACR性能的影响

4.2.1混炼温度对PVC/ACR冲击性能的影响

4.2.2混炼时间对PVC/ACR冲击性能的影响

4.3 PVC/ACR1和PVC/ACR2性能测试

4.3.1抗冲击性能测试

4.3.2弯曲模量测试

4.3.3拉伸强度测试

4.3.4耐热性能测试

4.3.5加工性能测试

4.3.6扫描电镜分析

4.4 PVC/ACR3和PVC/ACR4性能测试

4.4.1抗冲击性能测试

4.4.2弯曲模量测试

4.4.3拉伸强度测试

4.4.4加工性能测试

4.4.5扫描电镜分析

4.5 PVC/ACR抗菌性能测试

4.6 ACR与稀土稳定体系下的PVC共混改性的研究

4.6.1稀土稳定剂的制备

4.6.2硬脂酸稀土稳定性的研究

4.6.3稀土稳定体系下PVC/ACR性能测试

4.7 ACR替代CPE的研究

4.8 ACR替代SBS的研究

4.9 ACR与CPE、SBS混合增韧的研究

第五章结论

参考文献

致谢

附录 在读期间撰写和发表的文章：