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羟烷基甲酰胺的合成及其塑化的热塑性淀粉性能研究

代红光  
【摘要】: 淀粉是一种来源广泛,价格低廉、再生周期短的生物质资源,淀粉在塑化剂作用下可转变为热塑性淀粉(TPS)。热塑性淀粉是具有发展前景的一种生物降解塑料,改善热塑性淀粉性能的研究是当前的热点课题之一。 本文在文献调研的基础上,设计出在无溶剂、无催化剂条件下,以醇胺和甲酸乙酯为原料合成了系列羟烷基甲酰胺(HAF)类化合物,表征了化合物的结构。该合成方法避免了传统合成方法中使用催化剂、大量溶剂和高压条件,也减少了传统方法中过量原料的用量。该合成方法更加符合绿色化学的要求。 以HAF作为淀粉的塑化剂,系统地研究了以无毒的HAF为塑化剂制备的热塑性淀粉(HAFTPS)的性能。用红外(FT-IR)研究了塑化剂HAF与淀粉分子之间的氢键作用力,塑化剂HAF和淀粉分子间有很好的相容性。用扫描电镜(SEM)观察热塑性淀粉的微观形貌,原淀粉颗粒被破坏,形成了均一的连续相。 用X衍射(XRD)详细地研究了HAFTPS的结晶,HAFTPS结晶类型和HAF的结构有关。HAF分子酰胺氮原子仅联有一个氢原子时,相应的HAFTPS中有VA结晶形成;HAF分子酰胺氮原子没有氢原子相联时,由于塑化剂的大体积效应,相应的HAFTPS中有EH结晶形成。HAFTPS的VA结晶和EH结晶吸水后会转化成VH结晶。与传统的以甘油为塑化剂的热塑性淀粉(GTPS)进行了对比。HAFTPS的热稳定性不及GTPS的高。研究了HAFTPS的吸水性能和力学性能。以N,N-二羟乙基甲酰胺为塑化剂的热塑性淀粉(BTPS,是HAFTPS的一种)的耐水性能优于GTPS,而制备的其它的HAFTPS耐水性不及GTPS。在相对湿度(RH)44%的环境中,BTPS拉伸强度优于GTPS,而制备的其它的HAFTPS拉伸强度不及GTPS。在RH 68%的环境中BTPS断裂伸长率优于GTPS。 以HAF作为蒙脱土(MMT)活化扩层剂,采用熔融一次性挤出,制得MMT增强的HAFTPS/MMT纳米复合材料。用FT-IR研究了淀粉、HAF、MMT之间的氢键,说明三者之间有很好的相容性。用原子力显微镜(AFM)观察到HAFTPS/MMT中纳米级剥离的蒙脱土。XRD表明HAFTPS/MMT中MMT层间距扩大。MMT的添加对HAFTPS结晶类型没有影响。用热重(TG)研究了HAFTPS/MMT复合材料的热稳定性。与HAFTPS相比,HAFTPS/MMT复合材料的耐水性得到提高。MMT的添加提高了HAFTPS的拉伸强度。


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