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聚碳酸亚丙酯(PPC)是以温室气体二氧化碳为主要原料制得的高分子材料,又具有生物降解性,因而是节省石油资源的绿色环保材料。对其性能展开深入的研究不仅具有理论价值,还可为其今后的广泛应用提供依据,本论文研究了PPC的生物降解性能和热降解性能。
在堆肥条件下,进行了PPC薄膜的堆肥实验。实验结果表明,分子量对降解速度有明显的影响,分子量为2万的薄膜在短短一个月内完全崩解,分子量为8万的薄膜在半年的堆肥中的降解速度相比明显减慢,CO2释放实验表明PPC的最终降解产物为CO2等。PPC的生物降解过程:PPC分子在微生物的作用下,仅发生以无规断链为主的降解,断链位置发生在羰基处,微生物实验表明微生物降解PPC的机理复杂,
在非堆肥条件下,进行了PPC薄膜的城市固体垃圾土埋实验和塘泥土埋实验,分子量为2万的薄膜经半年的降解无分子量的变化但发生了明显的失重现象,而分子量大于8万的薄膜没有失重,但数均分子量有变化;同分子量的试样在固体垃圾中的降解效果稍好于塘泥,分子量为2万的试样表现出良好的生物降解性能。相比之下,PPC在堆肥条件下的降解速度更快。
PPC复合材料的系列堆肥实验表明:高分子量的PPC/淀粉复合材料表现出良好的可堆肥能力.在堆肥实验过程中淀粉与PPC的相互作用表现得更加明显,伴随淀粉的降解,PPC的分子量急剧下降,多分散指数迅速上升,在为时半年的堆吧过程结束时,四种不同淀粉含量的复合材料薄膜几乎完全崩解,其中淀粉含量为70%的复合材料在堆肥120天已100%崩解。PPC/木粉复合材料在堆肥条件下发生了有限的降解,木粉的加入,在堆肥前期可加快材料的崩解,但后期的作用不明显.而CaCO3与PPC共混后,对材料生物降解性能的改善没有帮助,在共混过程中,CaCO3可使PPC分子的分子量明显下降。
在非堆肥条件下,还考察了不同淀粉含量的PPC/淀粉复合材料薄膜在城市固体垃圾和塘泥中的降解性能。在塘泥实验中,分子量下降稍缓些,失重稍大些。PPC/淀粉复合材料的降解可分为三个阶段。在第一阶段,微生物附着在复合材料表面繁殖;第二阶段,微生物分泌的淀粉酶导致淀粉的降解,淀粉降解留下了大量孔洞和相界。第三阶段,主要是PPC的缓慢降解,但仍有少量淀粉被包裹在PPC中,尽管降解效果不如堆肥,但淀粉含量大于50%的复合材料在非堆肥条件仍表现出较好的生物降解性能。
用Ozawa、Friedman、Kissinger三种方法分别计算了不同大小分子量的PPC的热分解活化能,各种方法拟合得到的活化能E值比较接近,不同大小分子量的PPC的热分解活化能值的范围为102~158kJ/mol。对分子量为12万的PPC利用Satava-Sestak法得到热分解的动力学机理函数有两个,在温度较低时降解机理函数的积分形式为1-(1-α)4,反应机理为具有圆柱对称性的反应级数为4的相边界反应;而在较高温度时降解机理函数的积分形式则为1/(1-α),反应机理为反应级数为2的化学反应。在同等实验条件下,随着PPC分子量的增加,5%热失重温度和最大热分解温度均向高温方向移动。