木薯淀粉与醋酸乙烯酯接枝共聚物的制备及其性能研究

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本文以木薯淀粉为接枝骨架,醋酸乙烯酯为接枝单体,通过引发体系的选择、制备工艺条件的筛选,制备接枝淀粉共聚物。再添加PVA增塑和交联反应处理,考察了PVA用量、交联剂种类及用量、交联时间及交联温度对接枝淀粉共聚物力学性能的影响,并研究了接枝共聚物的降解性能,制备出具有良好力学性能和降解性能的接枝淀粉材料。采用红外光谱(FTIR)、热重分析(TG/DTG)、扫描电镜(SEM)、差热扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)及动态力学分析(DMA)等对接枝淀粉材料的结构、性能进行了表征。研究结果表明:引发体系对木薯淀粉——醋酸乙烯酯接枝共聚物反应有较大的影响。在研究的引发体系中,过硫酸铵的引发效率最好,Fe2+—H2O2次之,硝酸铈铵最差。以过硫酸铵为引发体系,可以获得较高的单体转化率、接枝率和接枝效率,从而得到最适宜的制备工艺条件:淀粉浓度为5%,单体与淀粉的质量配比为2.0,引发剂浓度18.0mmol/L,反应温度60℃,反应时间3h。采用此工艺制备的产物为木薯淀粉与醋酸乙烯酯接枝共聚物,共聚物为无定形结构。木薯淀粉的热降解历程为一步历程,而共聚物的热降解为三步历程,较为复杂,共聚物具有较好的热稳定性。通过加入PVA和交联剂处理,改善了木薯淀粉与醋酸乙烯酯接枝共聚物的力学性能。PVA、交联剂种类和用量及交联处理对共聚物的力学性能有较大的影响,在采用的交联剂中,环氧氯丙烷的效果较好,甲醛次之,六偏磷酸钠较差。当PVA用量为1%,环氧氯丙烷用量为1%,交联反应温度为60℃,交联反应时间为30 min时,可制备出具有良好力学性能的接枝淀粉材料。接枝单体的用量对接枝淀粉材料的力学性能有一定的影响,单体用量越大,共聚物的拉伸强度越低,扯断伸长率越大,共聚物的吸水率越小,湿强度及扯断伸长率先增加后减少。VAc与淀粉的质量配比对接枝淀粉材料动态力学性能有一定的影响。三种配比的共聚物的DMA研究表明:在小于-50℃范围内,单体用量大的共聚物的E′较大,并在-50℃~50℃范围内,单体用量大的共聚物E′较小,当温度大于120℃后,三种配比的共聚物的E′相同。单体与淀粉配比为1:1的共聚物出现两个内耗峰,配比为2:1和3:1的共聚物,出现三个内耗峰。单体用量越大,内耗峰面积越大。木薯淀粉与醋酸乙烯酯接枝共聚物(接枝淀粉材料)具有良好的的生物降解性能:α-淀粉酶、枯草杆菌对此接枝共聚物具有良好的降解作用,在5天内,此共聚物的生物降解速度最快。土埋也能快速地促进接枝共聚物的降解,在60天内,共聚物具有较快的降解速度,淀粉含量较大的共聚物,降解失重较大,共聚物越易于降解。在实验的时间范围内,共聚物除了淀粉部分发生生物降解外,共聚物的支链结构部分也发生了生物降解,共聚物具有完全生物降解性。
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