高分解温度PVA制备及性能研究

发布时间：2020-05-14 23:48

【摘要】：聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol))作为一种水溶性的高分子材料,具有卓越的透明性,生物相容性和气体阻隔性能,在医学、食品等包装材料领域应用广泛。但因PVA分子中存在大量羟基,易形成分子内跟分子间的氢键,使得PVA熔点(约230℃)跟分解温度(230~250℃)接近,难以进行热塑性加工。本文将PVA与少量离子液体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)进行共混,制备了一种高分解温度的PVA复合物并对其机理进行了探究,研究内容如下:1.在添加微量(小于2%wt)DMC后,PVA的热稳定性能得到了显著增强,在熔融温度基本保持不变的情况下,分解温度由258℃上升到311℃。采用微分法、基辛格方程法跟弗林方程法对于PVA和PVA/DMC复合材料热降解动力学进行了研究,结果表明DMC的加入一定程度上抑制了PVA的热降解。热裂解气相色谱质谱联用仪(PY-GC-MS)结果表明DMC的加入抑制了PVA第一步热降解,提高了其分解温度和分解活化能。PVA在第一阶段低温区域的热降解会被抑制,这主要是因为DMC能够通过电子转移或者自由基加成,捕获热作用下PVA分子链生成的烷基自由基跟羟基自由基等,抑制PVA的解拉链式降解。2.由力学分析可知,纯PVA拉伸强度为17.3 MPa,断裂伸长率为106.8%;随着DMC的含量逐渐增加,共混物的拉伸强度会逐渐降低,断裂伸长率则逐渐增加。当添加DMC含量分别为1.0 wt%时,仍保持拉伸强度15.1 MPa以及断裂伸长率104.3%优异力学性能。3.由透明性分析可知,DMC的加入对于PVA的透明性基本无影响,当添加DMC含量分别为1.0 wt%时,仍保持87%的透过率。
【图文】：

热降解机理,热稳定性,黑色素,聚乙烯醇

温度和熔体粘度。它们与 PVA 链形成稳定的氢键, 减少了 PVA 链之间的分子间或分子内相互作用, 从而抑制了聚光, 降低了熔点, 获得了 PVA 的热加工窗口。添加稳定剂是提高聚乙烯醇热塑性加工能力的又一有效方法。Marten 等人[22]研究指出加入强酸能一定程度上改善 PVA 的热稳定性。然而, 酸可能扮演一个再生作用, 如果他们使用不足由于酸性催化在第一个降解阶段。西野等人[23]报告说, 通过与 PVA 混合少量的聚氧乙烯基甲基丙烯酸甲酯, PVA 的热稳定性得到了改善, 由于羟基和羧基之间的强分子间氢键, PVA 的热稳定性得到了改善。此外, 基本无机化合物似乎是良好的加工稳定剂, 它们还可以消除部分水解PVA 的醋酸乙烯酯基团的降解中的醋酸。Dong[24]等人报告说, 合成黑色素提高了 PVA 的热稳定性, 即使在 0.5 wt% 的黑色素含量较低的情况下也是如此。作为自由基清除剂, 黑色素与自由基的反应要么是简单的一个电子转移过程, 要么是通过自由基的添加。PVA 的热稳定性能差，通常是因为 PVA 在 200 ℃就已经开始发生了热分解。Ukita J[14,15]通过对聚乙烯醇在氧气环境下的热降解机理研究发现，聚乙烯醇在氧气环境下部分羟基被氧化成羰基，，然后消除水形成了双键。它的热降解过程如图 1-1。

聚乙烯醇,热降解过程,氢原子,氮气

第一章文献综述通常认为聚乙烯醇在热降解过程通过消除侧羟基产生水、乙醛，一些不饱和醛和酮以及苯和苯衍生[39]。但 Holland[18,19]对于在氮气环境下的热降解的聚乙烯醇进行了分析。研究结果表明完全醇解的聚乙烯醇也经历了多级热降解反应。熔融状态的 PVA 的热降解由水消除和断链组成，通过形成中间六元过渡态，氢原子转移生产包括饱和和不饱和醛和酮的挥发性产物。图 1-2 显示了聚乙烯醇在氮气环境下的热降解过程。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.9

【参考文献】