聚乙烯醇基生物可降解复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-03-28 19:19

  本文关键词：聚乙烯醇基生物可降解复合材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物可降解材料具有优良的生物相容性及环境友好性，广泛应用于包装、农业、生物医学等领域。近年来由于生物可降解塑料存在耐水性及力学性能差的问题，限制了其应用领域。聚乙烯醇具有优异的生物降解性，是一种含有大量羟基的聚合物，分子内存在大量氢键，结晶度高，难以热塑成型。吸水率的大小主要取决于水解度和分子量的大小，以其为原料制备的生物可降解材料不仅亲水性较强，而且力学性能较差，因此提高力学性能，改善其耐水性成为急待解决的主要问题。 本论文制备的生物可降解材料，主要通过改性或复配的方法来克服目前薄膜耐水性差的缺点，研究以双醛淀粉(DAS)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、壳聚糖(CS)、坡缕石粘土(PGS)（凹凸棒土）为原料，通过它们之间的相互复配，制备了双醛淀粉/聚乙烯醇、聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠/坡缕石和聚乙烯醇/壳聚糖/坡缕石三种生物可降解复合材料。通过傅立叶红外光谱（FTIR）、X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TG），力学性能、耐水性能、及降解性能测试等分析测试手段对复合材料进行了结构表征和性能测试。具体研究结果如下： （1）通过高碘酸钠的作用将玉米淀粉进行氧化改性，采用流延法制备了双醛淀粉/聚乙烯醇(DAS/PVA)完全生物降解塑料。经添加黄麻纤维后，由于其表面具有较多的羟基，能够提高DAS与PVA的共混相容性，在提高力学性能的同时，也提高了复合材料的耐水性。当PVA含量为DAS的8%(w/w)、增塑剂为30%(w/w)、纤维为6%(w/w)时，复合薄膜的各项力学性能达到最佳水平，其抗拉强度可达28.7MPa，断裂伸长率为31.4%。在相对湿度(RH)为68%的条件下吸水率为16.8%，土壤掩埋30天后塑料薄膜降解率约为90%。 （2）采用溶液流延法制备了聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠/坡缕石(PVA/CMC/PG S)复合材料，考察了羧甲基纤维素钠与聚乙烯醇的质量比、坡缕石含量、增塑剂的质量分数、溶液pH值等因素对复合材料性能的影响。结果表明：共混膜组分之间相容性良好，综合力学性能比单一组分有所提高。当添加PGS后可以使膜的力学性能及耐水性能显著提高；PGS添加量为3%，交联剂添加量为6%（wt%），体系的pH约为5，复合膜的拉伸强度可达9.9MPa，断裂伸长率为320.9%，在RH=68%的条件下，吸水率为10.5%。通过热力学、X-射线衍射、扫描电镜分析，说明了PVA/CMC/PGS复合材料的各项性能均优于PVA/CMC复合材料，主要原因在于一维纳米纤维PGS与基体结合紧密，较好的对复合材料进行了填充，在基体中可实现纳米级分散。 （3）以聚乙烯醇、壳聚糖、坡缕石为原料通过共混法制备了聚乙烯醇/壳聚糖/坡缕石复合膜材料。当体系中聚乙烯醇与壳聚糖的配比为9:1，，坡缕石加入量为PVA与CS干重的3%，增塑剂的质量分数为0.25%，醋酸的质量分数为3%时，复合膜的力学性能抗拉强度可以达到26.4MPa，断裂伸长率为335.3%。通过X-射线衍射和扫描电镜微观结构分析表明：PVA与CS具有较好相容性，没有明显的相分离，而坡缕石的加入则进一步与PVA和CS中的游离羟基发生氢键作用，并形成特定的致密均一的结构。 对以上所制备的复合材料进行了土埋降解试验，结果表明：复合膜具有良好的生物降解性能。在可降解塑料行业中，尤其在一次性的包装材料领域有广阔的应用前景。
【关键词】：聚乙烯醇 生物可降解 复合材料
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ325.9
【目录】：

• 目录4-7
• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 文献综述12-39
• 1.1 引言12
• 1.2 生物降解高分子材料的介绍12-16
• 1.2.1 生物降解高分子材料定义12
• 1.2.2 生物降解高分子材料分类12-15
• 1.2.3 生物降解机理15-16
• 1.2.4 生物降解评价方法16
• 1.3 生物降解塑料研究及应用现状16-18
• 1.4 合成高分子在生物降解塑料中的应用18-29
• 1.4.1 聚乙烯醇18-20
• 1.4.2 淀粉20-23
• 1.4.3 纤维素23-24
• 1.4.4 甲壳素24-26
• 1.4.5 坡缕石黏土26-29
• 1.5 生物降解材料研究中存在的问题和发展方向29-30
• 1.6 生物降解高分子材料开发前景与展望30
• 1.7 本课题的提出、主要研究内容及创新点30-32
• 参考文献32-39
• 第二章 聚乙烯醇/双醛淀粉复合膜的制备及性能研究39-53
• 2.1 引言39-40
• 2.2 实验设备及实验原料40-41
• 2.2.1 实验设备40
• 2.2.2 试验原料40-41
• 2.3 PVA/DAS 复合膜的制备及性能测试41-43
• 2.3.1 DAS 的制备及黄麻纤维的预处理41
• 2.3.2 PVA/DAS 复合膜的制备41
• 2.3.3 结构表征及性能测试41-43
• 2.4 结果与讨论43-50
• 2.4.1 力学性能测试43-46
• 2.4.2 傅立叶红外光谱分析46
• 2.4.3 X-射线衍射分析46
• 2.4.4 扫描电镜分析46-48
• 2.4.5 热力学性能测试48
• 2.4.6 耐水性能测试48-49
• 2.4.7 降解性能测试49-50
• 2.5 本章小结50-51
• 参考文献51-53
• 第三章 聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠/坡缕石复合膜的制备及性能研究53-69
• 3.1 引言53-54
• 3.2 实验设备及实验原料54-55
• 3.2.1 实验设备54-55
• 3.2.2 试验原料55
• 3.3 PVA/CMC/PGS 复合材料的制备及性能测试55-57
• 3.3.1 PVA/CMC/PGS 复合膜的制备55-56
• 3.3.2 PVA/CMC/PGS 复合膜的性能测试56-57
• 3.4 结果与讨论57-66
• 3.4.1 力学性能测试57-62
• 3.4.2 热力学性能测试62
• 3.4.3 X-射线衍射分析62-63
• 3.4.4 扫描电镜分析63-64
• 3.4.5 耐水性能的测试64-65
• 3.4.6 WVTR 测试65
• 3.4.7 降解性能的测试65-66
• 3.5 本章小结66-67
• 参考文献67-69
• 第四章 聚乙烯醇/壳聚糖/坡缕石复合膜的制备及性能研究69-81
• 4.1 引言69-70
• 4.2 实验设备及实验原料70
• 4.2.1 实验设备70
• 4.2.2 试验原料70
• 4.3 PVA/CS/PGS 复合材料的制备及性能测试70-71
• 4.3.1 PVA/CS/PGS 复合材料的制备70-71
• 4.3.2 PVA/CS/PGS 复合材料性能测试71
• 4.4 结果与讨论71-79
• 4.4.1 力学性能的测试71-75
• 4.4.2 扫描电镜分析75
• 4.4.3 热力学性能测试75-76
• 4.4.4 X-射线衍射分析76-77
• 4.4.5 耐水性能的测试77-78
• 4.4.6 透湿性测试（WVTR）78
• 4.4.7 降解性能测试78-79
• 4.5 本章小结79-80
• 参考文献80-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文81-83
• 致谢83

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