淀粉基生物降解塑料的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、目前，塑料垃圾引起的環(huán)境污染問題日漸嚴(yán)重，大量的塑料垃圾給人們的生產(chǎn)和生活帶來了嚴(yán)重不便，對(duì)于如何有效解決“白色污染”的問題是科研工作者面臨的主要難題。淀粉基生物降解塑料的出現(xiàn)引起了人們的高度關(guān)注，被認(rèn)為是最有可能替代石油基塑料的可降解塑料。淀粉基生物降解塑料是指熱塑性淀粉（Thermoplastic Starch，簡(jiǎn)稱TPS）作為主體基質(zhì)的一類材料，由TPS與力學(xué)性能較好的不同種類可降解樹脂共混而成，為了提高TPS與不同種類可降解樹脂

2、兩相之間相容性和結(jié)合力，通常填充可均勻分散的無機(jī)納米粒子。其中，納米碳酸鈣是作為填充塑料較常用的一種納米粒子，但使用之前必須改性納米碳酸鈣，以降低顆粒的團(tuán)聚，使其在淀粉基生物降解塑料中均勻分散，最終充分發(fā)揮納米粒子效應(yīng)。
　　本文采用不同的聚合單體合成了若干種超支化聚酯改性劑，以其來改性原始納米碳酸鈣，并對(duì)超支化聚酯的合成與納米碳酸鈣改性工藝進(jìn)行了優(yōu)化。將較優(yōu)的改性納米碳酸鈣填充至淀粉基塑料，同時(shí)對(duì)加工方法進(jìn)行了優(yōu)化。
　　

3、采用“一步法”合成了超支化聚酯，三羥甲基丙烷（Trimethylolpropane，簡(jiǎn)稱TMP）分別與丁二酸（Succinic Acid,簡(jiǎn)稱SA）、戊二酸（Glutaric Acid,簡(jiǎn)稱GA）和己二酸（Adipic Acid,簡(jiǎn)稱AA）反應(yīng)，合成了一系列端羧基超支化聚酯。研究了各個(gè)反應(yīng)的酯化率和對(duì)納米碳酸鈣不同的改性效果。結(jié)果表明，TMP和GA合成的超支化聚酯的特性黏度[η]可達(dá)8.1mL?g-1，酯化率達(dá)到51.6％，較佳的反應(yīng)條

4、件為：催化劑對(duì)甲苯磺酸用量為TMP摩爾數(shù)的7.5%，反應(yīng)溫度140℃，反應(yīng)時(shí)間3h。
　　采用兩種不同的方案合成了檸檬酸超支化聚酯，其中方案一合成的檸檬酸聚酯的[η]為6.2mL?g-1，且得到改性納米碳酸鈣的吸油量為66.0g?(100g)-1，活化度為12.0%。以降低納米碳酸鈣的吸油量為目標(biāo)，采用單因素法對(duì)聚酯的合成工藝和納米碳酸鈣改性條件進(jìn)行優(yōu)化，包括催化劑的種類、催化劑的用量、反應(yīng)時(shí)間、聚酯用量和改性溫度。結(jié)果表明，聚合

5、體系較佳的合成工藝為：選取對(duì)甲苯磺酸為催化劑，其用量為檸檬酸摩爾數(shù)的的0.1%，反應(yīng)時(shí)間為4.5h。對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行 GPC測(cè)試得出檸檬酸自聚反應(yīng)合成聚酯的數(shù)均分子量（Mn）為4.2×103，重均分子量（Mw）為4.8×103，Z均分子量（Mz），Mz/Mw為1.17，聚合物的多分散性指數(shù)（PDI）為1.1。改性納米碳酸鈣的較優(yōu)制備條件為：檸檬酸聚酯加入量為8wt%，改性溫度為75℃，改性時(shí)間為60min。最終得到的檸檬酸聚酯改性納米碳酸

6、鈣的吸油量為58.4g?(100g)-1，活化度為9.4%。最后對(duì)納米碳酸鈣做FTIR和TEM表征分析，驗(yàn)證了檸檬酸聚酯確實(shí)起到很好的改性作用。
　　本文以丙三醇為淀粉增塑劑制備TPS，通過熔融共混擠出法制備了TPS/可降解樹脂/改性納米碳酸鈣的共混物。采用萬能拉伸機(jī)、熔體流動(dòng)儀、差示掃描量熱和掃描電鏡進(jìn)行分析，研究了共混材料的力學(xué)性能和熱性能，并對(duì)共混材料的斷面形貌進(jìn)行觀察，最終確定了較佳比例和注塑工藝參數(shù)。最終得出以下結(jié)論：T