糯米粉基可降解复合材料的制备及性能研究

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淀粉是一种来源广、可再生、可降解的天然高分子,但是淀粉易吸水和不能熔融的缺点而限制其应用。本论文用低结晶度的膨化糯米粉(PSt)、具有优良性能和生物降解性的ε-己内酯和层状的有机化蒙脱土来制备糯米粉基可降解复合材料,该复合材料在通用材料、医用材料领域有广泛的应用前景,并且能够产生巨大的经济效益。主要内容和研究成果如下:1.通过开环聚合的方法,以膨化糯米粉为骨架,ε-己内酯为接枝单体,辛酸亚锡为催化剂,制备出具有热塑性的膨化糯米粉接枝聚己内酯(PSt-g-PCL)共聚物。确定出最佳投料为ε-己内酯单体与膨化糯米粉的配比为3.3:(1mL/g),接枝率达到最大,为89.16%;DSC结果表明,PSt-g-PCL具有热塑性,熔点为64.66℃;TGA结果表明,糯米粉接枝PCL后,PSt部分的热分解温度降低;XRD表明,PSt-g-PCL为一种结晶型聚合物;SEM表明,糯米粉接枝PCL后形成了新的形貌结构。2.通过原位插层聚合的方法制备出PSt-g-PCL/OMMT纳米复合材料。DSC结果表明,OMMT对体系的结晶性有一定的影响,当OMMT含量为5%时,结晶温度为35.49℃;XRD表明,当体系中OMMT的量为15%时,层间距增大,原OMMT中2θ=4.90°的特征峰变宽,并且左移到2θ=4.70°,说明PSt-g-PCL共聚物插入到了OMMT片层中;SEM结果表明,OMMT堆砌的片层结构被破坏,形貌发生改变,这是因为PSt-g-PCL插入到OMMT的层间;TGA结果表明,加入OMMT后热稳定性提高,当加入15%OMMT时,最大分解速率下的热分解温度为345.75℃(PSt段)和411.29℃(PCL段)。3.采用熔融共混的方法制备出LDPE/EAA(/PSt-g-PCL/OMMT)三元共混复合材料,讨论了不同添加量的乙烯-丙烯酸(EAA)(3%、5%、7%、9%和11%)对三元共混材料的影响。FT-IR结果表明,EAA中的C=O与PSt-g-PCL中残存的羟基相互作用形成了氢键;DSC结果表明,LDPE与PSt-g-PCL/OMMT之间相容性较差,EAA的加入能够改善各组分间的相容性;力学性能测试表明,随着EAA的增多,拉伸强度下降,断裂伸长率增加。4.讨论了不同添加量的PSt-g-PCL/OMMT纳米复合材料(7%、17%、27%和47%)对LDPE/EAA/(PSt-g-PCL/OMMT)三元共混复合材料性能的影响。力学性能表明,PSt-g-PCL/OMMT纳米复合材料的加入使该三元共混复合材料的力学性能下降,当添加量为17%时,综合力学性能较好,拉伸强度为8.0Mpa,断裂伸长率为90.41%;SEM结果表明,PSt-g-PCL/OMMT纳米复合材料的量为7%和17%时,该三元共混复合材料相容性较好;加入47%PSt-g-PCL/OMMT纳米复合材料时,该三元共混材料的吸水率最大,为2.43%,有较好的耐水性,土埋降解100天后,质量保持率为92.766%,说明具有良好的生物降解性。5. LDPE/EAA(/PSt-g-PCL/OMMT)与LDPE/EAA/PSt-g-PCL复合材料相比,OMMT的加入提高了三元共混复合材料的拉伸强度和耐水性,但是断裂伸长率和生物降解性下降。
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