醋酸丙酸纖維素基可生物降解高分子材料的研究.pdf

1、隨著世界能源危機的加劇和“白色污染”對環(huán)境的嚴重破壞，人們越來越重視以可再生生物質資源為原料，采用現(xiàn)代理論與技術，通過改性、重組、復合等方法，替代石油等礦產(chǎn)資源來合成新型高分子材料――生物質基高分子材料。纖維素是自然界最豐富的可再生資源，它無毒無害，可完全生物降解，因此其開發(fā)應用是全生物降解材料領域研究的熱點之一。纖維素經(jīng)過酯化改性所獲得的纖維素醋酸丙酸酯（CAP）在溶解性、以及與其他高分子的相容性等方面得到了很大的改善。
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2、實驗以纖維素為原料合成CAP，在CAP中添加環(huán)保型增塑劑或可降解的合成高分子進行共混合金化改性，改善其力學性能和加工性能，采用溶液成膜、雙螺桿擠出和吹塑成膜工藝，制造可生物降解薄膜，并對其結構和性能進行研究，以期為利用生物質制備綜合性能優(yōu)良、無毒、全降解、對環(huán)境友好的高分子新材料提供新的途徑。論文的主要研究內容和結論如下：
　　1.以棉纖維素為原料、有機酸為介質、硫酸為催化劑、酸酐為酯化劑非均相合成了CAP。研究了活化溫度及活化時

3、間對纖維素的結晶度和分子量的影響，提出了活化工藝條件；詳細考察了反應時間、溫度及物料配比等因素對酯化反應程度和產(chǎn)物性能的影響，結果顯示隨著反應時間和溫度的提高，產(chǎn)物的分子量降低，降解程度加大。研究得出的適宜工藝條件為：活化時間為1h，活化溫度為60℃，酯化時間為1h，酯化溫度為50℃。采用紅外光譜（FT-IR）、核磁共振碳譜（13C-NRM）、X-射線衍射（X-Ray）、差示掃描量熱（DSC）等表征了產(chǎn)物的結構和性能，乙酰基和丙?；囊?/p>

4、入，有效的降低了纖維素的結晶度和玻璃轉變溫度，利用13C-NRM來測定產(chǎn)物的取代度比較直觀、有效；
　　2.選用三醋酸甘油酯（GT）、二醋酸甘油酯（GD）、檸檬酸三乙酯（TEC）、乙酰檸檬酸四丁酯（ATBC）四種環(huán)保型增塑劑對 CAP進行了共混改性，比較了四種增塑劑與CAP共混膜的力學性能和吸水性能。選用TEC、ATBC作為增塑劑時，其力學性能相對較好，加入10％的TEC、ATBC能使膜的斷裂伸長率增加36%和50%；對共混膜的熱

5、學性能研究表明，TEC的加入能降低膜的玻璃轉變溫度，且玻璃轉變溫度區(qū)間變寬，增塑劑的加入拓寬了CAP的可塑區(qū)間，有利于改善CAP的加工性能；
　　3.研究了 CAP與聚己內酯（PCL）、聚乳酸（PLA）共混改性，采用拉伸試驗、吸水率測定、動態(tài)力學熱分析（DMA）、熱機械分析（TMA）、透射電鏡（TEM）、X-Ray等表征共混膜的力學性能、耐水性能、熱學性能和形態(tài)結構。PCL的加入明顯提高了CAP的柔韌性，斷裂伸長率明顯增大，當PC

6、L的質量分數(shù)達到30%，其共混膜的斷裂伸長率大于100%，拉伸強度大于20 MPa。通過調節(jié)CAP和PCL的組分比，可制備從彈性體到韌性塑料的不同材料，拓寬了CAP的應用領域；DMA顯示CAP和PCL的Tg在共混膜中相互靠攏，玻璃轉變溫度區(qū)間變寬，TMA印證了上述結果，說明CAP與PCL具有部分的相容性，可以通過 CAP與 PCL共混來改善 CAP的力學性能和加工性能。而 CAP與 PLA的相容性較差，所制備的共混膜出現(xiàn)分層，力學性能較

7、差，PLA不能作為改善CAP性能的共混改性劑使用；
　　4.根據(jù)溶劑共混法制備的共混膜的性能的結果比較，選用TEC作為增塑劑，對CAP在雙螺桿擠出時加工工藝條件對擠出過程中的電流、擠出粒子的耐水性能和熔融指數(shù)的影響進行了研究。得出在螺桿轉速500r/h，螺桿加工五區(qū)溫度為140℃、170℃、170℃、170℃、160℃，增塑劑量為20%時擠出性能最佳。對CAP與PCL、PLA的共混擠出進行了研究，CAP與PCL能較好的擠出，而PL

8、A與CAP在擠出過程中出現(xiàn)擠出脹大現(xiàn)象；
　　5.在同向雙螺桿擠出的含20%TEC的CAP粒子和含20%TEC的CAP-PCL(80-20)共混粒子都可以利用通用的吹膜機制備薄膜，實現(xiàn)了采用通用塑料加工設備制備生物質基高分子薄膜材料的目標；
　　6. CAP與PCL共混膜采用土埋實驗發(fā)現(xiàn)，三個月后用GPC測得其分子量均有所減小，降解最大的共混膜分子量減小了16%，表明共混膜有一定的降解性能，但降解時間較短以致降解程度不大，需