γ-辐射与化学引发淀粉-MMA的固相接枝

摘要

该工作以玉米原淀粉为基料,以MMA为接枝单体,分别用γ-辐照引发和硝酸铈铵(CAN)及过硫酸钾(KPS)为引发剂,首次采用固相半干法新工艺合成了玉米淀粉-MMA的接枝共聚物.考察了反应介质(水、乙二醇、丙三醇)、反应气氛、辐照剂量、引发剂、反应时间、反应温度和单体/淀粉比例等因素对淀粉接枝MMA的接枝率G、接枝效率GE和单体转化率C等接枝参数的影响;利用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、偏光显微镜(PLM)和热分析(DSC、TG)等现代分析技术对所合成的淀粉-MMA接枝物的结构进行了研究.并对该接枝物的热塑化特性、力学性能和耐水性进行了初步研究.结果表明:在室温下的γ-射线共辐射淀粉-MMA接枝过程中,当辐射剂量在4~5kGy、水(或乙二醇)/淀粉配比在0.3~0.5左右时,接枝反应的接枝率G、接枝效率GE和单体转化率C均较高;真空条件有利于提高辐照淀粉-MMA接枝的G、GE和C,且单体中阻聚剂的去除与否对辐照淀粉-MMA接枝反应影响甚微.采用半干法工艺,以CAN及KPS为引发剂进行淀粉-MMA接枝共聚时,淀粉无需糊化,反应过程中也无需通氮除氧.CAN为引发剂时,适宜的反应温度为40~50℃,适宜的反应时间为30min左右;KPS为引发剂时,适宜的反应温度为60~65℃,适宜的反应时间是40~50min;与湿法工艺相比,半干法工艺具有高效、节能和环保等优势.适量的水或/和乙二醇对淀粉-MMA的γ-射线共辐照和CAN或KPS为引发剂的接枝共聚反应具有促进作用,而丙三醇对该接枝反应的促进作用甚微.接枝共聚物的水解实验和红外光谱分析,证明了接枝支链PMMA与淀粉分子链之间是通过化学键连接的.淀粉接枝共聚物的XRD、PLM、DSC和TG的分析以及转矩流变实验,证明了淀粉的接枝共聚可以破坏淀粉的结晶结构,改善了淀粉的热塑化性能和热稳定性能.改性淀粉耐水性的实验表明,淀粉的接枝改性可以显著的提高淀粉材料的耐水性.

目录

文摘

英文文摘

第一部分 前言

1.1淀粉

1.1.1淀粉的一般分布及分类

1.1.2淀粉的结构与性质

1.2改性淀粉

1.2.1淀粉改性的目的

1.2.2改性淀粉的定义及分类

1.2.3改性淀粉的生产工艺

1.2.4我国改性淀粉生产中存在的问题

1.3淀粉接枝改性的研究进展

1.3.1引发体系

1.3.2接枝单体种类

1.3.3聚合实施方法

1.3.4影响接枝改性淀粉发展的因素

1.4本课题的研究意义及主要内容

第二部分 实验部分

2.1原料及试剂

2.2实验仪器与设备

2.3接枝淀粉的合成与表征

2.3.1接枝淀粉的辐射引发合成

2.3.2接枝淀粉的化学引发合成

2.4结构与性能分析

2.4.1接枝反应产物的红外光谱分析

2.4.2接枝共聚物的DSC分析

2.4.3接枝共聚物的TG分析

2.4.4接枝共聚物的X-射线衍射分析

2.4.5接枝共聚物的偏光显微镜观察

2.5改性淀粉的热塑性及其它性能研究

2.5.1改性淀粉的热塑化性能研究

2.5.2改性淀粉的拉伸性能测试

2.5.3改性淀粉的耐水性测试

第三部分 结果与讨论

3.1 γ-辐射引发淀粉-MMA接枝共聚反应

3.1.1辐射剂量对辐射接枝反应的影响

3.1.2反应介质对辐射接枝反应的影响

3.1.3单体配比对辐射接枝反应的影响

3.1.4阻聚剂和空气对辐射接枝反应的影响

3.1.5小结

3.2 CAN引发淀粉-MMA的接枝共聚反应

3.2.1含水量对接枝反应的影响

3.2.2硝酸对接枝反应的影响

3.2.3 CAN用量对接枝反应的影响

3.2.4单体配比对接枝反应的影响

3.2.5反应温度对接枝反应的影响

3.2.6反应时间对接枝反应的影响

3.2.7反应介质对接枝反应的影响

3.2.8小结

3.3 KPS引发淀粉-MMA的接枝共聚反应

3.3.1 KPS用量对接枝反应的影响

3.3.2反应时间对接枝反应的影响

3.3.3含水量对接枝反应的影响

3.3.4反应温度对接枝反应的影响

3.3.5反应介质对接枝反应的影响

3.3.6单体配比对接枝反应的影响

3.3.7小结

3.4三种引发体系的比较

3.5淀粉-MMA接枝共聚物的结构分析

3.5.1淀粉接枝物的红外光谱分析

3.5.2淀粉接枝共聚物的热分析

3.5.3淀粉接枝共聚物的X-射线衍射分析

3.5.4淀粉及接枝共聚物的偏光显微镜观察

3.5.5小结

3.6改性淀粉的热塑性研究

3.6.1接枝改性淀粉材料制备

3.6.2改性淀粉热塑化特性研究

3.6.3改性淀粉热塑性转变的证明

3.6.4小结

3.7改性淀粉的拉伸强度和耐水性能

3.7.1改性淀粉的拉伸强度

3.7.2改性淀粉的耐水性

3.7.3小结

第四部分 结论

参考文献

已发表论文

致谢