淀粉/乳酸接枝共聚反应的新催化体系探讨及其复合膜研究

【摘要】：生物降解性高分子材料是当今高分子材料领域的研究热点之一，因此淀粉与乳酸的接枝共聚物近年来备受关注。将淀粉与基于可再生资源的生物降解材料乳酸进行接枝改性、制备复合材料具有一定的现实意义和潜在的应用前景。 本文以玉米淀粉为接枝骨架，乳酸为接枝单体，采用普通化学试剂为催化体系，原位一步法对淀粉/乳酸接枝共聚物（St-g-PLA）的合成工艺进行了探讨，并采用现代分析技术手段对其结构和性能进行了表征，同时对St-g-PLA共聚物复合薄膜的性能进行了初步考察。具体内容如下： 选用普通化学试剂（NaOH、ZnO或SnCl_2等）为催化剂，采用原位一步聚合法对淀粉与乳酸接枝共聚反应进行了系统的探讨，并通过IR、NMR、XRD、SEM等测试分析手段对所得St-g-PLA共聚物的结构进行了表征；实验分析结果表明，NaOH、ZnO、SnCl_2均能催化淀粉与乳酸进行接枝共聚反应制备St-g-PLA共聚物，但通过对淀粉接枝率的定量测定表明，在现有条件下，NaOH催化淀粉接枝乳酸接枝共聚反应的接枝率可达33.6%，略高于ZnO和SnCl_2的催化效果；所得St-g-PLA共聚物的耐热性能与原淀粉相比有所下降，其玻璃化转变温度随淀粉接枝率的增加而降低；St-g-PLA共聚物能溶于乙醇等普通有机溶剂，其溶解性能较原淀粉有一定改善，但在水中不能全溶而只能形成乳液。 为了考察St-g-PLA共聚物的应用可行性，对St-g-PLA共聚物的成膜工艺及其性能进行了初步探讨，利用St-g-PLA共聚物和聚乙烯醇（PVA）为主要成膜物共混复合，讨论了两种原料的配比、交联剂和增塑剂的种类与用量、以及成膜工艺条件等对St-g-PLA/PVA复合薄膜的影响，并对其拉伸强度、断裂伸长率等性能进行了定量测试；实验结果表明，以戊二醛为交联剂，甘油为增塑剂，可以得到较好的St-g-PLA/PVA复合薄膜，当PVA含量为62.5％（即St-g-PLA与PVA质量配比为3:5），戊二醛含量为1.5％，甘油含量为10％，在85℃下交联25min时，其拉伸强度为19.96MPa，断裂伸长率为208.35％，吸水率为70.59％,综合性能明显优于St/PVA膜；热性能研究表明，St-g-PLA/PVA复合膜的耐热性能较St/PVA膜和PVA膜均有一定改善，因其具有优良的环境降解性能而显示了潜在的应用前景。