原文gydF4y2Ba

,数量:14 (13)gydF4y2Ba

• 查看PDFgydF4y2Ba
• 下载gydF4y2Ba

Compatibilization机制研究聚(丙烯碳酸酯)/热塑性淀粉复合材料gydF4y2Ba

*通信:gydF4y2Ba

红光戴gydF4y2Ba,内蒙古农业大学理学院呼和浩特010018年公关中国,电话:+ 86-0471-4308695;电子邮件:imaudm@imau.edu.cngydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

聚(丙烯碳酸酯)/热塑性淀粉复合材料(PPC / TPS)是环保材料。Compatibilization PPC和TPS的PPC / TPS报告使用酐作为增容剂,但PPC和TPS的Compatibilization机制不是研究。摘要琥珀酸酐(SA)作为增容剂用于PPC / TPS (SAPPC / TPS)和琥珀酸(S)作为增容剂用于PPC / TPS (SPPC / TPS)。Compatibilization机制是通过比较分析SAPPC / TPS SPPC / TPS。扫描电子显微镜表明compatibilization年代效果优于SA。复合材料的热性能特点是差示扫描量热法。SPPC / TPS的力学性能优于SAPPC / TPS。复合材料是由甲醇首先提取,然后通过丙酮。丙酮提取产品的特点是减毒总reflection-fourier变换红外(ATR-FTIR)。在酸或酸酐酯交换PPC和淀粉的主要反应,生产starch-g-PPC接枝共聚物。 The production of starch-g-PPC copolymer improves the compatibilization of PPC and TPS.

关键字gydF4y2Ba

Compatibilization机制;酯交换;复合材料;反应挤出;接枝共聚物gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

不可生物降解的塑料从石油中提炼的扮演着重要的角色在人类的生活中,所以他们主要使用。但是他们的分解需要数百年,环境污染是由于不当处置他们(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。为了解决这个问题,很多工作都集中在生物可降解塑料。聚(丙烯碳酸酯)(PPC)是一种生物可降解脂肪族聚碳酸酯与end-hydroxyl团体(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。但是它是昂贵的,这限制了其应用程序(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

热塑性淀粉(TPS)已收到相当大的研究由于其关注gydF4y2Ba低gydF4y2Ba成本和生物降解性gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。但其机械性能差和TPS的湿度敏感性限制应用程序(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。TPS的混合和PPC降低了成本和材料的湿度敏感性。可生物降解复合材料的聚(丙烯碳酸酯)(PPC)和未改性玉米淀粉已经研究了彭et al。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),通用电气等。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba陆,et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。然而,疏水性PPC和亲水性淀粉之间的兼容性很差。高分子聚合物复合材料的兼容性是一个重要的因素。至关重要的管理形态的复合材料,因此,最终的复合材料的物理属性(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。由于PPC的不混溶性淀粉、复合材料的力学性能太穷。gydF4y2Ba

获得材料所需的机械性能通过混合两个组件,PPC的兼容性和淀粉应该改进gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。马等。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)准备PPC / TPS复合材料挤压在琥珀酸酐,PPC的兼容性和TPS提高琥珀酸酐的存在。PPC的兼容性和TPS在顺丁烯二酸酐的存在可以改善,也(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

马等。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)认为酐是容易在淀粉与羟基反应,淀粉酯组引入和改善了PPC和淀粉之间的兼容性。到目前为止,没有设计实验旨在证明PPC的兼容性机制和TPS的酸酐反应挤出加工过程中。gydF4y2Ba

在看来,gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba反应PPC和淀粉之间可能形成接枝共聚物的酸酐在挤压过程。的接枝共聚物gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba生成的接口可以降低界面张力,分散相的表面积增加,抑制粒子聚结和稳定分散相形态通过渗透和纠葛polymer-polymer接口(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。渗透和纠葛polymer-polymer接口对荷载传递的改善,力学性能改善(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

这项工作的目的是提出一个详细研究compatibilization PPC和TPS机制通过反应挤出加工过程中。到目前为止,没有报告关于使用酸作为增容剂PPC / TPS,琥珀酸作为增容剂用于PPC / TPS的手稿。PPC、淀粉、甘油、丁二酸酐(或琥珀酸)混合在一起,然后通过双螺杆挤出机挤压。复合使用琥珀酸酐作为增容剂用SAPPC / TPS,复合使用琥珀酸作为增容剂用SPPC / TPS。的形态、热性能和力学性能的复合材料。复合材料是由甲醇首先提取,然后通过丙酮。丙酮提取产品的特点是减毒总reflection-fourier变换红外(ATR-FTIR)。PPC的compatibilization机制和淀粉进行了分析通过比较SAPPC / TPS SPPC / TPS。gydF4y2Ba

材料和方法gydF4y2Ba

材料gydF4y2Ba

PPC从半集团(中国)获得。玉米淀粉是来自张家口玉茎淀粉公司(河北张家口,中国)。甘油和甲醇(分析纯)获得从天津Fengfan化学试剂公司。丁二酸酐、丁二酸、丙酮(分析纯)购自天津Guangfu精细化工有限公司(天津)。gydF4y2Ba

制备的复合材料gydF4y2Ba

玉米淀粉在130°C 1.5 h干排除水分。PPC、干淀粉、甘油、丁二酸酐、丁二酸被使用高速混合机混合SHR-10A(在南京中国制造),配方中所示gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。双螺杆塑料挤出机的混合物被美联储在PPT-3 / SHJ2-25(螺钉比L / D = 40:1,广州POTOP实验分析仪器有限公司,中国)。螺杆速度是每分钟80转。沿挤出机筒温度剖面图是130°C, 135°C, 140°C, 140°C, 140°C, 140°C, 145°C(从进料区死)。模具是一个圆片直径2.2毫米的孔。gydF4y2Ba

表1:gydF4y2Ba配方中使用的复合材料的生产。gydF4y2Ba

扫描电子显微镜(SEM)gydF4y2Ba

玉米淀粉与扫描电子显微镜研究了菲利普斯XL-3(美国Hillsboro范公司),实验操作的加速电压20 kV。淀粉粉末悬浮在丙酮。载玻片上的悬滴被吸引,干把丙酮,然后vacuum-coated SEM的黄金。gydF4y2Ba

cryo-fractured表面挤压复合材料的检查和s - 4800型扫描电子显微镜(日立公司,日本东京),操作5 kV的加速电压。复合材料在液态氮冷却,然后坏了。断裂表面真空镀铂SEM。gydF4y2Ba

差示扫描量热法(DSC)测试gydF4y2Ba

DSC测量进行了DSC 4000(美国PerkinElmer)。DSC和纯铟校准。一个空盘被用作参考。复合材料样品进行扫描的加热速度20°C /分钟封在一个锅。玻璃化转变温度的测定结果Pyris温谱图的软件。gydF4y2Ba

甲醇和丙酮索格利特痛苦gydF4y2Ba

复合材料是第一次受到索氏提取甲醇除去甘油的复合材料。然后在丙酮进行索氏提取。丙酮索氏提取产品分析了减毒总reflectance-fourier转换红外(ATR-FTIR)。剩下的残渣在顶针是淀粉。gydF4y2Ba

复合材料磨成细粉。复合材料和纤维素提取顶针干在70°C 8 h权重(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。干燥后,顶针对3 g的干重空,样本添加到每个提取顶针。包含样本的顶针然后引入索氏提取器,每个被连接到一个包含100毫升瓶150毫升的提取溶剂(甲醇或丙酮)。烧瓶内,然后加热到溶剂回流提取被允许持续3天。的提取、顶针被索格利特和干在70°C的8 h。内残留的顶针干重和残留的重量百分数是由方程(1)。gydF4y2Ba

(1)gydF4y2Ba

在那里,wgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba之前是干顶针的重量测量提取;wgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba是干示例介绍了顶针的重量之前提取;wgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是干顶针的重量与丙酮萃取后残留物。为每个复合萃取三次被复制。统计学意义是评估通过t检验(在起源6.1软件解算器)。gydF4y2Ba

丙酮提取解决方案集中蒸发丙酮,离开丙酮提取产品。丙酮提取ATR-FTIR产品进行了分析。gydF4y2Ba

减毒总reflection-fourier变换红外(ATR-FTIR)gydF4y2Ba

ATR-FTIR光谱谱上获得65红外光谱扫描仪(美国PerkinElmer)配备一个反射ATR系统。gydF4y2Ba

机械测试gydF4y2Ba

机械测试(中国gb1040 - 79)国家标准样品测定的th - 5000材料试验机(江苏、中国)10毫米/分钟的速度。5的数据平均标本。统计学意义是评估通过t检验(在起源6.1软件解算器)。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

扫描电子显微镜(SEM)gydF4y2Ba

复合材料的形态结构特点非常重要,因为它有一个很大的影响复合材料的力学性能。天然淀粉的形态,挤压复合材料所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。玉米淀粉显示了颗粒外观(gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba)。PPC / TPS,还有很多差距,不同的TPS之间的接口和PPC (gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba)。因此,界面张力大,界面附着力低,疏水性PPC之间的兼容性和亲水性TPS是不足的。gydF4y2Ba

SAPPC / TPS所示的形态gydF4y2Ba图1 cgydF4y2Ba。在SA的存在,更均匀。它表明TPS和PPC发生相互作用,TPS的兼容性和PPC提高SA的存在。gydF4y2Ba

SPPC / TPS所示的形态gydF4y2Ba图1 dgydF4y2Ba。而SAPPC / TPS, SPPC / TPS是更紧凑的结构。这表明年代是更有效地比SA在增容PPC和TPS。PPC之间的兼容性和TPS的提高是由于改进的界面粘附在PPC和TPS之间。gydF4y2Ba

改进的界面附着力属性PPC的强相互作用和淀粉。在SA的存在或年代,starch-g-PPC接枝共聚物原位生成的接口可以通过渗透降低界面张力和纠葛PPC-TPS接口(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。SPPC / TPS的兼容性优于SAPPC / TPS,因为大量的starch-g-PPC原位生成接枝共聚物的年代比,在SA的存在。它可以证明的分析提取和ATR-FTIR之后。gydF4y2Ba

因此,年代比SA的compatibilization效应产生更均匀、密实材料,这也表示他们的机械性能的改善稍后讨论。gydF4y2Ba

DSC分析gydF4y2Ba

DSC测量来确定材料的回线转换服务。所示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba,材料的转换可能会与他们的玻璃转变。TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPPC, PPC / TPS, SAPPC / TPS, SPPC / TPS 16.17°C, 36.64°C,分别36.70°C和36.88°C。TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPPC的复合材料比这更高。TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPPC的限制了其应用领域,提高TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba导致其应用程序。但是TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba复合材料是如此接近相同,这表明,PPC和TPS T的兼容性的影响gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba是小的。gydF4y2Ba

机械性能gydF4y2Ba

所示的机械属性gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。PPC / TPS的抗拉强度,SAPPC / TPS, SPPC / TPS 12.89 MPa,分别为15.87 MPa和20.16 MPa。SPPC / TPS的抗拉强度优于SAPPC / TPS, SAPPC / TPS的抗拉强度比的PPC / TPS。打破的伸长PPC / TPS, SAPPC / TPS, SPPC / TPS不明显不同的t检验分析在0.05级(使用起源6.1软件)。SAPPC / TPS的杨氏模量比PPC / TPS, SPPC / TPS的杨氏模量比SAPPC / TPS。一般来说,SPPC / TPS的力学性能优于SAPPC / TPS SAPPC / TPS的力学性能优于PPC / TPS。gydF4y2Ba

表2:gydF4y2Ba复合材料的力学性能。gydF4y2Ba

界面交互PPC和TPS之间是一个重要因素影响复合材料的力学性能。对于没有附着力,界面层不能转移压力,力学性能也比较差。gydF4y2Ba

SA或者S添加促进PPC的反应和TPS starch-g-PPC共聚物。共聚物并支持渗透和纠葛polymer-polymer接口,提高了PPC和TPS之间的兼容性gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。SPPC / TPS的力学性能优于SAPPC / TPS,因为SPPC / TPS的兼容性优于SAPPC / TPS。的starch-g-PPC原位生成接枝共聚物的年代比较大,这可能是索氏提取实验和ATR-FTIR分析后证明了这一点。starch-g - PPC量越大,复合材料的相容性越好。gydF4y2Ba

提取分析gydF4y2Ba

甘油是溶于甲醇,但PPC和淀粉。索氏提取甲醇用于除去甘油的复合材料。PPC和starch-g-PPC溶于丙酮,但淀粉不是。索氏提取丙酮是用来解决PPC starch-g-PPC丙酮,离开固体淀粉。在相同的提取条件、不同复合材料的每分钱残留物是不同的。所示gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba,每分残留SPPC / TPS小于SAPPC / TPS的每分钱残留SAPPC / PPC / TPS的TPS小于。每分钱残留越少,starch-g-PPC产生的更大的数量。的生成starch-g-PPC SPPC / TPS是最大的;生成starch-g-PPC SAPPC / TPS的数量大于PPC / TPS。gydF4y2Ba

表3:gydF4y2Ba不同复合材料的残留。gydF4y2Ba

ATR-FTIR分析gydF4y2Ba

一个特别注意指向ATR-FTIR丙酮提取产品的分析。提出了光谱gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。光谱的淀粉、强大和广泛的峰值在3437厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是由于地债券伸缩振动,2930厘米吗gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是归因于碳氢键的伸缩振动。gydF4y2Ba

PPC的光谱峰值为3473厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是很弱;这是归因于地的伸缩振动end-hydroxyl组。峰值为2987厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是归因于碳氢键的伸缩振动,峰值在1738厘米吗gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是由于C = O键伸缩振动。gydF4y2Ba

丙酮提取产品的光谱的PPC / TPS,峰值为1738厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是由于C = O键PPC的拉伸。丙酮提取产品的光谱PPC / PPC的TPS非常类似;没有明显的特征峰淀粉。它表明,PPC丙酮提取产品。没有生产starch-g-PPC PPC / TPS。在简单的PPC / TPS melt-blend,淀粉和PPC之间没有反应发生。gydF4y2Ba

丙酮提取产品的光谱SAPPC / TPS和PPC的不同。峰值为3474厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba比PPC (gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba),这表明,羟基的数量增加。的存在是由于淀粉的羟基丙酮提取产品。PPC溶于丙酮,但淀粉是不溶性。由于淀粉不溶于丙酮,丙酮提取的可溶性淀粉部分的分数明显表明starch-g-PPC生成。通过反应接枝共聚物是由共价键PPC和淀粉之间。在SAPPC / TPS Starch-g-PPC产生。但starch-g-PPC很小的量。gydF4y2Ba

丙酮提取的光谱产品SPPC / TPS,峰值为3289厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba强大和广泛;这是由于淀粉部分债券地伸展。峰值为2922厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是淀粉部分归因于碳氢键的伸展,峰值在1738厘米吗gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是由于C = O键PPC领域的延伸。在SPPC / TPS Starch-g-PPC产生。淀粉的特征峰3289厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和2922厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba是明显的;starch-g-PPC SPPC / TPS的数量大于SAPPC / TPS。gydF4y2Ba

Starch-g-PPC可能通过两种方式获得。第一种方法,淀粉与年代或股价反应的羟基酯化反应得到酯化淀粉、酯化淀粉羧基团体,然后在酯化淀粉羧基组与PPC羟基反应获得starch-g-PPC酯化反应。所示的反应gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

第二种方法,淀粉的羟基与SA反应通过酯化反应得到酯化淀粉羧基组。Starch-g-PPC接枝共聚物PPC之间的酯交换反应生成的酯组和淀粉羟基、酯交换反应促进了SA派生酸性半个接枝到淀粉骨干。Starch-g-PPC SPPC / TPS可以通过PPC的酯交换反应生成酯组和淀粉羟基的催化下反应所示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

淀粉的酯化反应,SA比美国如果starch-g-PPC反应主要是通过第一种方式,starch-g-PPC SAPPC / TPS的数量应该比SPPC / TPS。但starch-g-PPC SAPPC / TPS的数量小于SPPC / TPS。所以,starch-g-PPC不生成主要是第一种方法。gydF4y2Ba

与年代相比,股价更活性与淀粉酯化反应产生更多的酯化淀粉。所以,羧基SAPPC / TPS的数量小于SPPC / TPS。可以通过酸催化酯交换反应。淀粉和PPC之间的酯交换反应可能更容易发生SPPC / TPS。生成starch-g-PPC SPPC / TPS的数量大于SAPPC / TPS。所以,starch-g-PPC生成主要是通过第二种方法。gydF4y2Ba

这样的观察证实starch-g-PPC的形成接枝共聚物源自PPC和TPS,共价互相联系主要通过acid-promoted酯交换反应酯组之间的PPC骨干和淀粉的羟基gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

SEM表明,PPC的兼容性和TPS SPPC / TPS优于SAPPC / TPS。TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPPC的复合材料比这更高。而SAPPC / TPS, SPPC / TPS具有更好的力学性能。索氏提取实验和索氏提取产品ATR-FTIR PPC和淀粉之间的分析说明,酯交换反应的存在或产生starch-g-PPC SA是主要的反应。Starch-g-PPC共聚物提高PPC的兼容性和TPS, PPC和TPS兼容性的提高有助于改善复合材料的力学性能。gydF4y2Ba

承认gydF4y2Ba

支持的工作是中国内蒙古自治区自然科学基金(2014 bs0510)和内蒙古农业大学研究起始资金医生(BJ09-38)。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

1. 席尔瓦演练,山下式F,穆勒CMO等al.How与己二酸提高了反应挤出机械屏障性能的淀粉/聚(丁二adipate-co-terephthalate)电影。Int J食品科学技术。2013;48 (8):1762 - 9。gydF4y2Ba
2. 通用电气XC,李XH,朱镕基Q, et al .制备和性能的可降解聚(丙烯碳酸酯)/淀粉复合材料。石油Eng Sci.2004; 44 (11): 2134 - 40。gydF4y2Ba
3. 王XL,李RKY、曹YX et al .骨折的基本工作分析淀粉填充聚(丙烯碳酸酯)复合材料。板牙。Design.2007; 28 (6): 1934 - 9。gydF4y2Ba
4. 洛佩兹OV Ninago MD, Lencina MM, et al .热塑性淀粉增塑的alginate-glycerol混合物:Melt-processing评价和电影属性。Carbohydr Polym.2015; 126:83 - 90。gydF4y2Ba
5. Taghizadeh, Sarazin P Favis BD。高分子量增塑剂在热塑性淀粉/聚乙烯混合。板牙Sci.2013; 48 (4): 1799 - 811。gydF4y2Ba
6. 彭西南,王XY,盾LS。特殊的聚(丙烯碳酸酯)之间的相互作用和玉米淀粉。保利Compos.2005; 26 (1): 37-41。gydF4y2Ba
7. Lu XL Du FG,通用电气XC、et al .生物降解性和热稳定性的聚(丙烯碳酸酯)/淀粉复合材料。d生物医学研究》部分a . 2006, 77 (4): 653 - 8。gydF4y2Ba
8. 王曾年代,年代,尹浩然,肖。准备和可生物降解性能混合包含聚(丙烯碳酸酯)和醋酸淀粉具有不同程度的替代。Carbohydr Polym.2011; 86 (3): 1260 - 5。gydF4y2Ba
9. 马X, Chang公关,Yu J al.Preparation和属性的生物可降解聚(丙烯碳酸酯)/热塑性淀粉复合材料干。Carbohydr Polym.2008; 71 (2): 229 - 34。gydF4y2Ba
10. 王于H,李L, H,原发性真正可生物降解材料的PPC /玉米淀粉混合。沈阳化工学院学报Technology.2005; (3): 188 - 92。gydF4y2Ba
11. 马X, Yu J,赵a属性的生物可降解聚(丙烯碳酸酯)与琥珀酸酐/淀粉复合材料。心神Sci Technol.2006; 66 (13): 2360 - 6。gydF4y2Ba
12. 李J,太阳CR,张XQ。接枝共聚物的制备、热性能和形态PHBV和PPC的反应混合物。保利Compos.2012; 33 (10): 1737 - 49。gydF4y2Ba
13. Joshi党卫军,Mebel。计算模型的可降解淀粉直链淀粉和聚丙烯碳酸盐的混合。Polymer.2007; 48 (13): 3893 - 901。gydF4y2Ba
14. Hablot E, Dewasthale年代,赵Y, et al。glycerylated淀粉和starch-polyester反应挤出接枝共聚物。49欧元体系J.2013; (4): 873 - 81。gydF4y2Ba
15. Grossmann MVE Olivato JB, Bilck美联社,et al .有机酸的影响作为添加剂对热塑性淀粉的性能/聚酯吹的电影。Carbohydr Polym.2012; 90:159 - 64。gydF4y2Ba
16. 郭M, Brittain WJ。Naphthalene-Containing聚酯的结构和性能。4。新的见解酯交换和溶混性之间的关系。Macromolecules.1998; 31 (21): 7166 - 71。gydF4y2Ba