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(jī)的加劇和“白色污染”對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，人們?cè)絹?lái)越重視以可再生生物質(zhì)資源為原料，采用現(xiàn)代理論與技術(shù)，通過(guò)改性、重組、復(fù)合等方法，替代石油等礦產(chǎn)資源來(lái)合成新型高分子材料――生物質(zhì)基高分子材料。纖維素是自然界最豐富的可再生資源，它無(wú)毒無(wú)害，可完全生物降解，因此其開發(fā)應(yīng)用是全生物降解材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。纖維素經(jīng)過(guò)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。
　　本

2、實(shí)驗(yàn)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(jìn)行共混合金化改性，改善其力學(xué)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(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究，以期為利用生物質(zhì)制備綜合性能優(yōu)良、無(wú)毒、全降解、對(duì)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?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　1.以棉纖維素為原料、有機(jī)酸為介質(zhì)、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(shí)

3、間對(duì)纖維素的結(jié)晶度和分子量的影響，提出了活化工藝條件；詳細(xì)考察了反應(yīng)時(shí)間、溫度及物料配比等因素對(duì)酯化反應(yīng)程度和產(chǎn)物性能的影響，結(jié)果顯示隨著反應(yīng)時(shí)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(shí)間為1h，活化溫度為60℃，酯化時(shí)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(jié)構(gòu)和性能，乙?；捅；囊?/p>

4、入，有效的降低了纖維素的結(jié)晶度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度，利用13C-NRM來(lái)測(cè)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(duì) CAP進(jìn)行了共混改性，比較了四種增塑劑與CAP共混膜的力學(xué)性能和吸水性能。選用TEC、ATBC作為增塑劑時(shí)，其力學(xué)性能相對(duì)較好，加入10％的TEC、ATBC能使膜的斷裂伸長(zhǎng)率增加36%和50%；對(duì)共混膜的熱

5、學(xué)性能研究表明，TEC的加入能降低膜的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，且玻璃轉(zhuǎn)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(nèi)酯（PCL）、聚乳酸（PLA）共混改性，采用拉伸試驗(yàn)、吸水率測(cè)定、動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析（DMA）、熱機(jī)械分析（TMA）、透射電鏡（TEM）、X-Ray等表征共混膜的力學(xué)性能、耐水性能、熱學(xué)性能和形態(tài)結(jié)構(gòu)。PCL的加入明顯提高了CAP的柔韌性，斷裂伸長(zhǎng)率明顯增大，當(dāng)PC

6、L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，其共混膜的斷裂伸長(zhǎng)率大于100%，拉伸強(qiáng)度大于20 MPa。通過(guò)調(diào)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(yīng)用領(lǐng)域；DMA顯示CAP和PCL的Tg在共混膜中相互靠攏，玻璃轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間變寬，TMA印證了上述結(jié)果，說(shuō)明CAP與PCL具有部分的相容性，可以通過(guò) CAP與 PCL共混來(lái)改善 CAP的力學(xué)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(xué)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(jié)果比較，選用TEC作為增塑劑，對(duì)CAP在雙螺桿擠出時(shí)加工工藝條件對(duì)擠出過(guò)程中的電流、擠出粒子的耐水性能和熔融指數(shù)的影響進(jìn)行了研究。得出在螺桿轉(zhuǎn)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(shí)擠出性能最佳。對(duì)CAP與PCL、PLA的共混擠出進(jìn)行了研究，CAP與PCL能較好的擠出，而PL

8、A與CAP在擠出過(guò)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(jī)制備薄膜，實(shí)現(xiàn)了采用通用塑料加工設(shè)備制備生物質(zhì)基高分子薄膜材料的目標(biāo)；
　　6. CAP與PCL共混膜采用土埋實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三個(gè)月后用GPC測(cè)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(shí)間較短以致降解程度不大，需