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环境友好热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的研究

黄明福  
【摘要】:聚合物基纳米复合材料是纳米材料领域迅速发展、应用前景广阔的重要材料。本文从生态、资源、环境可持续发展角度出发,用不同塑化剂体系对天然玉米淀粉进行塑化,采用“熔体插层技术”制备的环境友好TPS/MMT纳米复合材料,并对其结构和性能进行了研究。 首先使用甘油塑化TPS,以钠蒙脱石作为增强填料,采用熔融共混二次挤出的方法制备了蒙脱石增强GTPS。FT-IR分析发现MMT分子可反应羟基和淀粉分子羟基之间有氢键和强吸附作用,破坏了GTPS中淀粉分子之间氢键。SEM显示MMT处于亚微米过渡填充态,均匀地分散在GTPS基体中,形成稳定的多相结构。和纯GTPS相比,复合材料具有良好力学性能;其拉伸强度、杨氏模量分别达到27.34MPa、206.74MPa;同时热稳定性提高,吸水性能下降。 用乙醇胺和柠檬酸对MMT进行了活化,其层间距由原MMT的1.01nm增大到EMMT的1.25nm和CMMT的1.55nm,蒙脱石的层间微环境被改善,有利于和TPS作用形成纳米复合材料。利用小分子塑化剂、淀粉和蒙脱石活化改性剂分子间形成氢键的强弱与熔体粘度的差异,采用“熔体插层技术”成功的制备了插层型FETPS/EMMT、剥离型UFTPS/CMMT、剥离型UETPS/EMMT三种纳米复合材料。 FETPS/EMMT、UFTPS/CMMT、UETPS/EMMT三种纳米复合材料力学性能明显高于纯热塑性淀粉,最大拉伸应力依次为7.5 MPa、24.86 MPa、29.81 MPa,拉伸应变依次为85.2%、134.5%、152.1%,杨氏模量依次为145.1 MPa、625.3MPa、734.6 MPa;X-ray衍射证明三种纳米复合材料均很好抑制了传统GTPS长时间放置的结晶行为;同时纳米复合材料的热稳定性和耐水性能均好于纯TPS。 在制备纳米复合材料过程中,蒙脱石活化改性剂、塑化剂和淀粉分子间形成氢键越强,材料的剪切粘度越小,TPS分子链越容易插入MMT层间,利于形成纳米复合材料;反之,不利于纳米复合材料的形成。发现UETPS/EMMT纳米复合材料经液氮低温冷冻处理后出现网状纤维结构,这是该纳米复合材料具有较高力学性能的主要原因。


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