水辅助加工法制备聚丙撑碳酸酯/淀粉共混物
发布时间：2020-12-08 02:57
分别采用普通熔融共混法和水辅助加工法,制备了具有不同共混形态的聚丙撑碳酸酯(PPC)/淀粉共混物,并研究了淀粉分散形态对共混物的玻璃化转变温度(Tg)、流变以及力学性能的影响。研究结果表明,采用普通熔融共混法时,淀粉未发生糊化,并以原颗粒状分散于基体中;而采用水辅助加工法时,淀粉发生糊化,并在挤出过程中原位形成纤维结构。当淀粉以纤维形式分散于PPC基体中时,其与PPC间的界面接触面积显著增加,二者的相互作用增强,PPC/淀粉共混物的Tg、储能模量以及复合黏度显著提高。力学性能测试结果表明,当淀粉质量分数为30%,采用水辅助加工法制备的PPC/淀粉共混物的拉伸模量相比于纯PPC提高了67.7%。
【文章来源】：应用化学. 2017年08期 第885-890页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
淀粉在PPC基体中分散形态(A．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH)及选择性刻蚀掉PPC后，淀粉残留物的形态(C．PPC/D-STAＲCH;D．PPC/W-STAＲCH)的SEM照片
钥?蚀，除去PPC组分，对淀粉残留物进行SEM观察。如图1C所示，无水条件下混合，淀粉保持原有的形状，呈圆形或多角形颗粒，平均粒径约为15μm。而水辅助加工法获得的淀粉呈细长的纤维，纤维直径约为1～6μm。可见，经过水辅助加工后淀粉的相区尺寸变小，从而增大了其与PPC的接触面积。水辅助加工改变了淀粉在PPC中的存在状态，其原因是淀粉颗粒在水和较高的温度作用下发生糊化和融合，并且，由于此时淀粉含水质量分数较低(24%)，粘流态淀粉粘度较高，在螺杆混合外力作用下，特别是拉伸作用，便发生变形成纤。2．2热转变行为图2给出了在不同加工条件下所获得的PPC/淀粉共混物的二次升温DSC曲线，曲线中的跃迁是PPC发生玻璃化转变。当淀粉以原颗粒状分散在PPC基体中时，淀粉的加入能使PPC的Tg升高，且淀粉含量越高，Tg的升高越明显，如图2A所示。其原因是淀粉的羟基与PPC的羰基之间存在氢键相互作用［7］，从而限制了PPC分子链运动，使其Tg升高。显然，淀粉含量越高，二者之间的氢键相互作用越强，因而Tg升高越显著。当淀粉以纤维状分散形态存在时，PPC的Tg变化规律与无水条件相类似(图2B)。值得注意的是，如表1所示，在相同淀粉添加量下，纤维状淀粉对PPC的Tg的提升效果要优于原颗粒状淀粉。这主要是因为相比于原颗粒状形态，淀粉粒子尺寸由直径15μm显著降低为1～6μm，当淀粉以细长纤维分散在PPC基体时能有效增大二者的界面接触面积，从而使二者间的氢键相互作用进一步增强，因此Tg的提高更为显著。图2不同淀粉含量及加工条件下PPC/淀粉共混物的二次升温DSC曲线Fig．2DSCplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentsandprocessingconditionsinthesecondheatingprocessA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH表
2．3流变特性图3和图4分别给出了不同加工条件下，淀粉含量对PPC/淀粉共混物复合黏度及储能模量的影响规律曲线。如图3A和4A所示，无水条件下，不同淀粉含量的PPC/淀粉共混物的复合黏度和储能模量与纯PPC基本相同，只是在淀粉含量低时，淀粉粒子可能会促进PPC分子链滑移，降低熔体粘度。与淀粉粒子混合不同的是，在水辅助加工条件下，随着淀粉含量增加，淀粉形成纤维网络结构，使得淀粉与PPC之间的界面相互作用显著增强，因而所获得的PPC/淀粉共混物的复合黏度显著提高，如图3B所示。特别是当淀粉含量(质量分数)达到30%时，淀粉开始形成连续相，构成网络结构，使体系的复合黏度和储能模量产生突变，特别是在低频区出现了类固响应，如图4B所示。可见，PPC/淀粉共混物的流变性能测试结果与上述的SEM结果相一致。图3不同淀粉含量及加工条件下的PPC/淀粉共混物的复合粘度-角频率变化曲线Fig．3ComplexviscosityvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH图4不同淀粉含量及加工条件下的PPC/淀粉共混物的储能模量-角频率变化曲线Fig．4StoragemodulusvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH由图3A和4A还可以看出，随着剪切角频率的增大，PPC/淀粉共混物的复合黏度降低，说明共混物的分子链缠结由于剪切速率增大而发生解缠结，发生剪切变稀行为。2．4力学性能表2给出了纯PPC以及PPC/淀粉共混物的拉伸模量、拉伸强度和断裂伸长率的统计结果。由表2可以看出，不论以何种形态分散，PPC/淀粉共混物的模量均高于纯PPC，拉伸强度略有下降，而断裂伸长率则显著降低。这主要是淀粉?
本文编号：2904331
【文章来源】：应用化学. 2017年08期 第885-890页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
淀粉在PPC基体中分散形态(A．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH)及选择性刻蚀掉PPC后，淀粉残留物的形态(C．PPC/D-STAＲCH;D．PPC/W-STAＲCH)的SEM照片
钥?蚀，除去PPC组分，对淀粉残留物进行SEM观察。如图1C所示，无水条件下混合，淀粉保持原有的形状，呈圆形或多角形颗粒，平均粒径约为15μm。而水辅助加工法获得的淀粉呈细长的纤维，纤维直径约为1～6μm。可见，经过水辅助加工后淀粉的相区尺寸变小，从而增大了其与PPC的接触面积。水辅助加工改变了淀粉在PPC中的存在状态，其原因是淀粉颗粒在水和较高的温度作用下发生糊化和融合，并且，由于此时淀粉含水质量分数较低(24%)，粘流态淀粉粘度较高，在螺杆混合外力作用下，特别是拉伸作用，便发生变形成纤。2．2热转变行为图2给出了在不同加工条件下所获得的PPC/淀粉共混物的二次升温DSC曲线，曲线中的跃迁是PPC发生玻璃化转变。当淀粉以原颗粒状分散在PPC基体中时，淀粉的加入能使PPC的Tg升高，且淀粉含量越高，Tg的升高越明显，如图2A所示。其原因是淀粉的羟基与PPC的羰基之间存在氢键相互作用［7］，从而限制了PPC分子链运动，使其Tg升高。显然，淀粉含量越高，二者之间的氢键相互作用越强，因而Tg升高越显著。当淀粉以纤维状分散形态存在时，PPC的Tg变化规律与无水条件相类似(图2B)。值得注意的是，如表1所示，在相同淀粉添加量下，纤维状淀粉对PPC的Tg的提升效果要优于原颗粒状淀粉。这主要是因为相比于原颗粒状形态，淀粉粒子尺寸由直径15μm显著降低为1～6μm，当淀粉以细长纤维分散在PPC基体时能有效增大二者的界面接触面积，从而使二者间的氢键相互作用进一步增强，因此Tg的提高更为显著。图2不同淀粉含量及加工条件下PPC/淀粉共混物的二次升温DSC曲线Fig．2DSCplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentsandprocessingconditionsinthesecondheatingprocessA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH表
2．3流变特性图3和图4分别给出了不同加工条件下，淀粉含量对PPC/淀粉共混物复合黏度及储能模量的影响规律曲线。如图3A和4A所示，无水条件下，不同淀粉含量的PPC/淀粉共混物的复合黏度和储能模量与纯PPC基本相同，只是在淀粉含量低时，淀粉粒子可能会促进PPC分子链滑移，降低熔体粘度。与淀粉粒子混合不同的是，在水辅助加工条件下，随着淀粉含量增加，淀粉形成纤维网络结构，使得淀粉与PPC之间的界面相互作用显著增强，因而所获得的PPC/淀粉共混物的复合黏度显著提高，如图3B所示。特别是当淀粉含量(质量分数)达到30%时，淀粉开始形成连续相，构成网络结构，使体系的复合黏度和储能模量产生突变，特别是在低频区出现了类固响应，如图4B所示。可见，PPC/淀粉共混物的流变性能测试结果与上述的SEM结果相一致。图3不同淀粉含量及加工条件下的PPC/淀粉共混物的复合粘度-角频率变化曲线Fig．3ComplexviscosityvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH图4不同淀粉含量及加工条件下的PPC/淀粉共混物的储能模量-角频率变化曲线Fig．4StoragemodulusvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH由图3A和4A还可以看出，随着剪切角频率的增大，PPC/淀粉共混物的复合黏度降低，说明共混物的分子链缠结由于剪切速率增大而发生解缠结，发生剪切变稀行为。2．4力学性能表2给出了纯PPC以及PPC/淀粉共混物的拉伸模量、拉伸强度和断裂伸长率的统计结果。由表2可以看出，不论以何种形态分散，PPC/淀粉共混物的模量均高于纯PPC，拉伸强度略有下降，而断裂伸长率则显著降低。这主要是淀粉?
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