增塑淀粉原位接枝聚乳酸及其与聚乳酸的相容性研究

摘要

生物降解性高分子材料是当今高分子材料领域的研究热点之一。淀粉作为一种天然高分子，由于具有来源广泛、价格低廉和易生物降解等特点，成为最为常用的可生物降解性材料。但是由于淀粉长期稳定性和力学性差，加工困难等缺点使其应用受到限制。脂肪族聚乳酸具有良好的耐水性、力学性能和加工稳定性，在土壤中可完全生物降解，但是其生产成本远远高于传统塑料。把淀粉和聚乳酸共混是解决性能和成本这一矛盾的有效方法，但是亲水性的淀粉与疏水性的聚乳酸之间的相容性较差，必须提高两者的相容性。理论上，淀粉-聚乳酸接枝共聚物是淀粉/聚乳酸共混体系最有效的增容剂。因此，开展这一领域的研究具有十分广阔的前景。
　　 本文以淀粉为接枝骨架，前一期合成时直接用原淀粉与乳酸单体在减压条件和催化剂作用下进行原位接枝反应；后一期合成时先将淀粉糊化，用聚乙二醇400（PEG-400）进行增塑改性，得到PEG增塑改性淀粉，然后再与乳酸单体在减压和催化剂作用下进行原位接枝反应，制备了淀粉-聚乳酸接枝共聚物。通过红外光谱，X-射线衍射，DSC等对接枝共聚物进行表征，采用吸光度对比法计算共聚物中PLA的接枝率。最后将淀粉、淀粉-聚乳酸接枝共聚物与PLA共混，考察接枝共聚物与PLA的相容性。
　　 实验结果表明：
　　 1．原淀粉与乳酸在温和的条件（95℃水浴加热）下减压反应可得到淀粉-聚乳酸接枝共聚物，接枝产物为无定型聚合物，红外光谱和X-射线衍射图证实了接枝共聚物的存在，采用吸光度对比法计算共聚物中PLA的接枝率为19．69％。
　　 2．利用PEG400先将淀粉糊化增塑，再与乳酸进行原位接枝共聚反应，产物的接枝率得到较大提高。当增塑糊化淀粉的增塑剂含量为15％时，共聚物中PLA的接枝率达到45．07％。
　　 3．将上述淀粉-聚乳酸接枝共聚物与PLA共混，观察了共混物的结晶行为，拉伸模量，断裂伸长率和耐水性，以考察接枝物与PLA的相容性。结果表明，制得的淀粉-聚乳酸接枝共聚物与PLA的相容性比原淀粉有很大的提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 完全生物降解高分子材料

1.2.1 完全生物降解高分子材料的定义和分类

1.2.2 天然生物降解高分子材料

1.2.3 微生物合成的可降解高分子材料

1.2.4 化学合成的生物降解高分子材料

1.3 聚乳酸材料

1.3.1 聚乳酸材料的发展历史

1.3.2 聚乳酸的合成

1.4 淀粉概述

1.4.1 淀粉的结构和性质

1.4.2 增塑淀粉

1.5 聚乳酸/淀粉共混复合材料的研究概述

1.5.1 聚乳酸/淀粉共混复合体系的制备

1.5.2 聚乳酸/淀粉共混复合体系的增容改性

1.6 本论文的研究内容、目的和创新之处

1.6.1 本论文的研究内容

1.6.2 本论文的研究目的

1.6.3 本论文的创新之处

第二章 实验研究

2.1 化学试剂

2.2 仪器与设备

2.3 原料和试剂的纯化

2.4 淀粉的糊化和增塑

2.5 接枝共聚反应

2.6 接枝产物的处理

2.7 共混物的制备

2.8 样条的制备

2.9 表征方法

2.9.1 红外光谱表征

2.9.2 X-射线衍射分析

2.9.3 DSC 分析

2.9.4 接枝率的计算

2.9.5 力学性能测试

2.9.6 耐水性能测试

2.10 实验设备现场照片

第三章 结果分析和讨论

3.1 原淀粉接枝反应研究

3.1.1 接枝共聚产物的红外光谱分析

3.1.2 接枝共聚产物的X-射线分析

3.1.3 接枝共聚产物的DSC分析

3.1.4 真空条件对接枝反应的影响

3.1.5 反应时间对接枝反应的影响

3.2 增塑淀粉接枝反应研究

3.2.1 淀粉的糊化过程

3.2.2 淀粉糊化的增塑剂

3.2.3 DSC分析

3.2.4 红外光谱分析

3.2.5 X-射线分析

3.2.6 淀粉-聚乳酸的红外定量分析

3.2.7 接枝率的计算

3.3 接枝共聚物与聚乳酸的相容性研究

3.3.1 共混物热行为分析

3.3.2 力学性能分析

3.3.3 耐水性测试

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢