收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于大豆蛋白和淀粉纳米粒的纳米复合材料的结构和性能研究

艾福金  
【摘要】: 纳米尺度结构能与聚合物基质形成强烈的界面相互作用并限制聚合物链段的运动,将它们均匀分散于聚合物材料中是提高材料力学性能的有效途径。大豆蛋白(SPI)是少数几类可以通过小分子增塑剂热成型的天然高分子,但是在加工成型过程中以及成型的大豆蛋白塑料存在耐水性能差、流变性能差、刚性强等不足,同时由于石油基塑料的价格优势而使其发展受到限制。最近,通过纳米复合改性解决大豆蛋白塑料因增塑后强度降低的不足并提高其耐水性,是发展大豆蛋白塑料的热点。淀粉纳米晶(StN)是从天然淀粉中提取的片层纳米结构,可用于增强改性制备出纳米复合材料。由于无机纳米粒子对人体健康等方面存在问题,因此基于这种天然纳米结构的研究也成为当前的一个研究热点。本课题就是利用大豆蛋白和淀粉纳米晶两种生物质,期望通过纳米复合改性制备出高性能的材料。 本论文的研究工作主要分为两个方面:(1)利用有机和无机纳米粒子填充改性大豆蛋白塑料;(2)利用淀粉纳米晶及其接枝聚己内酯改性聚合物材料。具体而言,采用球形的纳米SiO_2和管状的碳纳米管两种纳米粒子通过简单的溶液共混制备大豆蛋白纳米复合材料;同时采用于淀粉中提取的淀粉纳米晶这种天然的纳米结构改性大豆蛋白塑料,制备全降解的纳米复合材料;还利用淀粉纳米晶,通过表面修饰接枝聚己内酯链段,然后分别用于改性聚乳酸和水性聚氨酯,根据其表面修饰的聚己内酯链段,可与聚合物基质形成共连续相结构而得到增强甚至增强增韧的纳米复合材料。通过对材料进行了力学性能、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、动态力学分析(DMA)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等测试表征。主要结果如下:(1)利用球形纳米SiO_2和管状的多壁碳纳米管(MWNT)改性大豆蛋白塑料,大豆蛋白强度都得到了提高,甚至在一些条件下同步增强增韧材料,同时碳纳米管/大豆蛋白纳米复合材料的耐水性能在一定程度上也得到了提高。(2)利用于淀粉中提取的淀粉纳米晶这种天然纳米结构改性大豆蛋白塑料,得到增强的全降解纳米复合材料。淀粉纳米晶含量为2%时具有最优的增强效果,这主要是因为淀粉纳米晶均匀分散于大豆蛋白的无定形区,同时应力通过淀粉纳米晶与大豆蛋白基质强界面相互作用而传递至淀粉纳米晶上。(3)通过于淀粉纳米晶表面修饰接枝聚己内酯链段(StN-g-PCL),然后用于改性聚乳酸(PLA)和水性聚氨酯(WPU),通过与聚合物基质的强相互作用及形成共连续相结构而增强甚至增强增韧材料。 本工作的创新点主要是:(1)利用球形纳米SiO_2、管状碳纳米管(MWNT)和片状淀粉纳米晶(StN)成功改性大豆蛋白塑料,并提高了其强度。同步增强增韧的条件为纳米SiO_2的适当聚集并与大豆蛋白基质的强相互界面作用力。同时,MWNT纳米复合材料的高强度归因于最大的有效界面面积。最大尺度的MWNT由于允许大豆蛋白链段进入MWNT内壁并与内壁以及支出部分与大豆蛋白基质强相互作用而增强材料,此外,刚性的MWNT及其聚集体对大豆蛋白链段的限制而使材料的耐水性能提高。(2)不同形貌、性质的纳米粒子对大豆蛋白的改性增强作用机理不同。纳米SiO_2并不是以单个的粒子分散于基质中,而是聚集成100 nm左右的纳米簇均匀分散于大豆蛋白基质中而增强材料。而MWNT呈单个或交联成网状结构而分散于基质中以此来增强材料。发现大豆蛋白链段不仅可以缠绕于MWNT上增强材料,同时也可以与MWNT的内壁发生相互作用而增强材料。淀粉纳米晶通过表面的活性羟基与大豆蛋白形成氢键等强相互作用而增强材料;(3)首次通过微波辅助开环聚合在淀粉纳米晶上接枝聚己内酯,然后用于改性聚合物基质,其表面的聚合物链段与基质形成强烈的相互作用,并形成共连续相结构而增强甚至增强增韧材料。 总的来说,通过这一系列增强的甚至增强增韧的纳米复合材料制备工艺及性能研究,解决了大豆蛋白塑料因增塑后强度降低等问题,并在某种程度上增强了大豆蛋白材料的耐水性能。同时,借助接枝链对界面粘合的促进作用,增强了韧性较好的水性聚氨酯材料,还进一步提高了聚乳酸材料的强度和伸长率。研究了纳米粒子的形貌、尺度、表面性质、纳米粒子在基质中的排列情况对纳米复合材料性能的影响。纳米复合材料中主要存在三种作用力:纳米粒子间、纳米粒子与大豆蛋白基质间以及大豆蛋白基质内链段间的相互作用力。三种作用力相互制约,共同决定了材料的性能。本论文建立了纳米复合材料结构与性能之间的关系,提出了设计及改性纳米复合材料的新思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曾清华,王栋知,王淀佐;聚合物-粘土矿物纳米复合材料[J];化工进展;1998年02期
2 朱军,李毕忠;聚合物/无机纳米复合材料研究进展[J];化工新型材料;2000年10期
3 吴增刚,周持兴,程宝家;原位悬浮聚合制备酸性酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料(英文)[J];合成橡胶工业;2001年04期
4 张恒;张力;;纳米复合材料实用化技术前景[J];材料导报;2001年08期
5 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期
6 张强,张立武,余大兵,杨延涛;纳米技术在复合材料中的应用及其进展[J];纤维复合材料;2003年04期
7 魏风艳,巩强,严生;聚合物—粘土纳米复合材料[J];材料导报;2003年S1期
8 王平华,徐国永,宋功品;聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备及结构[J];高分子材料科学与工程;2004年04期
9 刘治国,欧育湘,吴俊浩;MPP/PER/APP系统阻燃的PA6/OMMT纳米复合材料的燃烧特性[J];功能高分子学报;2004年04期
10 ;专利介绍[J];橡胶科技市场;2004年01期
11 ;纳米复合物阻燃剂[J];阻燃材料与技术;2004年06期
12 周鹏;游冠军;钱世雄;陈良尧;;纳米复合材料Ag:Bi_2O_3的光学响应与超快开关效应[J];激光与光电子学进展;2005年12期
13 庞洪涛;张志焜;;纳米二氧化钛/壳聚糖一维纳米复合材料制备及结构分析[J];功能材料;2007年02期
14 张慧;俞天智;范多旺;;壳聚糖纳米复合材料[J];高分子通报;2007年05期
15 聂鹏;王新鑫;高霁;张锴锋;;纳米复合材料分散相分散均匀性的分形表征[J];北京航空航天大学学报;2009年07期
16 陈奎;李伯耿;曾光明;;聚合物/勃姆石纳米复合材料研究进展[J];工程塑料应用;2009年06期
17 何冶;支文;;纳米复合材料的性质及制备的研究[J];长春大学学报;2009年10期
18 周维;;功能性聚合物基纳米复合材料[J];贵州化工;2011年04期
19 杨隽,张潇,王俊,童身毅;有机-无机纳米复合材料合成方法的发展[J];材料开发与应用;1999年06期
20 肖鹏,刘平桂,龚克成;嵌入法制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究进展[J];硅酸盐通报;1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张文龙;吴月;王暄;赵洪;吉超;;制备MgO/LDPE纳米复合材料共混方式与性能的研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
2 都佩华;林鹏飞;张运湘;陈韶辉;朱肖楠;宋义虎;郑强;;相形貌对聚氯乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/碳酸钙纳米复合材料形变机理的影响[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
3 张文龙;杜阳;王暄;杨佳明;赵洪;穆娟;;溶-熔共混法制备LDPE/SiO_x纳米复合材料的电性能研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
4 古菊;周扬波;杜杨;贾德民;罗远芳;;NR/改性CaCO_3纳米复合材料的形态与力学性能[A];第二届全国橡胶制品技术研讨会论文集[C];2003年
5 倪士民;李青山;吴洪江;马玉坤;;P(AN-VAc)/Clay纳米复合材料的微型化学制备研究[A];微型化学实验专辑论文集[C];2004年
6 沈辰飞;马路遥;郑明波;赵斌;邱旦峰;潘力佳;曹洁明;施毅;;SnS_2/石墨烯纳米复合材料的合成以及在锂离子电池中的应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
7 毋伟;张魁;沈淑玲;成翠兰;王志琰;王冕;陈建峰;;以Pickering乳液为基础纳米复合材料的合成[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
8 秦亚伟;王宁;董金勇;;适用于工业化的聚烯烃纳米复合材料的原位制备方法[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 蔡长君;季辰辰;鲁振江;包淑娟;;一步电化学合成铂-石墨烯纳米复合材料对葡萄糖的无酶催化[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
10 林嘉平;王立权;;高分子纳米复合材料[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李鑫;层状镁铝氢氧化物的设计合成与阻燃性研究[D];大连理工大学;2010年
2 赵明;双螺杆反应挤出纺丝级PA6/蒙脱土纳米复合材料的研究[D];东华大学;2005年
3 刘梅;金属(金属氧化物)/氧化铝纳米复合材料的制备、结构及性能研究[D];吉林大学;2006年
4 倪勇;含苯基多面齐聚倍半硅氧烷的高分子的结构与性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 董正平;喹啉修饰SBA-15介孔分子筛纳米复合材料的制备及其作为荧光纳米探针的性能研究[D];兰州大学;2011年
6 徐平;导电聚合物及其纳米复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 左胜武;聚乙烯基石墨纳米复合材料的制备、结构和导电行为及机理研究[D];四川大学;2004年
8 孔庆红;聚合物/铁蒙脱土纳米复合材料的制备及阻燃机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 邱龙臻;聚合物基层状双氢氧化物和氢氧化镁纳米复合材料的研究[D];中国科学技术大学;2006年
10 丁鹏;聚烯烃/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 戴绍明;聚合物乳液/MMT共混物涂层:结构的形成与涂层性能[D];浙江大学;2005年
2 向丽;线性低密度聚乙烯无卤阻燃体系及其协效作用的研究[D];华南理工大学;2010年
3 王慧;ZnO/Ag纳米复合材料的金属、非金属掺杂及其光催化性能研究[D];青岛科技大学;2010年
4 王璞玉;基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究[D];浙江大学;2011年
5 李涛海;钛酸盐系列层状纳米光催化复合材料的合成及性质[D];华侨大学;2004年
6 李永波;铁氧体/聚吡咯和镍/硫化锌磁性复合材料的制备与表征[D];中南大学;2010年
7 李伟;壳聚糖基纳米复合材料的制备及性能研究[D];青岛科技大学;2010年
8 何浩礼;聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料流变力学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 张燕玲;碳纳米材料及其磁功能化组装的研究[D];东华大学;2011年
10 臧杨;聚苯胺—铁氰化镍纳米复合材料的可控制备与电化学性能[D];太原理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 毕文;纳米复合材料产业化需长期培养[N];中国建材报;2011年
2 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年
3 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年
4 刘霞;石墨烯纳米复合材料可提升电池性能[N];科技日报;2011年
5 蔡忠仁;纳米复合材料净化空气效果好[N];中国化工报;2010年
6 宋玉春;纳米复合材料能否风行?[N];中国石化报;2005年
7 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年
8 王林;备受关注的纳米复合材料[N];中国有色金属报;2003年
9 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年
10 华成;华人学者首次合成超磁性能纳米复合材料[N];中国有色金属报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978