可降解高聚物/单宁复合材料构筑和性能研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:szcarla
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单宁是广泛存在于植物体内的多酚类物质,我国单宁资源丰富,但下游应用研究匮乏,单宁的高值化利用面临巨大挑战。本研究将单宁分别与聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)和大豆分离蛋白(SPI)构筑可降解聚合物/单宁复合材料,初步建立了单宁与不同特性可降解高聚物构筑复合材料的基本思路和方法。使用熔融挤出法制备PLA/单宁复合材料,通过乙酰化改性单宁和过氧化二异丙苯改善PLA和单宁由于相容性差而导致性能下降问题。基于PLA和乙酰化单宁制备的复合材料,其杨氏模量和拉伸强度比直接与单宁共混提高了11.7%和6.4%,断裂伸长率提高了近两倍,结晶度和热稳定性提高;首次将高达30%的乙酰化单宁用于增强PLA制备3D打印线材,该线材在180℃~220℃都具有良好的打印性能。低浓度的过氧化二异丙苯可以引发PLA与乙酰化单宁间的自由基聚合反应,进一步增强乙酰化单宁与PLA的界面相互作用力,玻璃化转变温度提高、热稳定性也得到改善,随着单宁乙酰化程度的提高,PLA与乙酰化单宁间的自由基聚合反应程度提高。本论文首次通过一步增容法改善PLA和单宁间的界面相互间作用力,在聚异氰酸酯和氨基硅烷氧联剂的增容作用下,复合材料的拉伸强度比未改性的PLA/单宁复合材料分别提高了19.1%和12.8%,杨氏模量也提高了近10%,随着PLA和单宁之间界面相互作用力增强,材料的结晶温度和熔融温度升高,热稳定性增强,特别是具异氰酸酯改性PLA/单宁复合材料的初始降解温度和最大失重温度显著提高。使用溶液浇铸法制备PVA/单宁复合膜,通过乙二醛、戊二醛和双醛淀粉进行交联改性。交联剂的使用提高了薄膜的透明度、水蒸气阻隔能力(除乙二醛)、拉伸强度和热稳定性。戊二醛促进了PVA和单宁的分子间相互作用,延缓单宁从薄膜中释放的速率,使薄膜在单位时间内的DPPH自由基清除率降低,更适合制备PVA/单宁抗氧化膜。单宁含量小于15%时,PVA/单宁的拉伸强度不受影响,随着单宁含量的增加,薄膜的热稳定性提高,但自由基清除能力没有明显提高。利用单宁对蛋白的交联作用使用溶液浇铸法制备SPI/单宁复合膜。随着单宁的加入,薄膜的拉伸强度提高了近一倍,不同的单宁含量对薄膜最终的拉伸强度没有显著影响,但会降低薄膜的柔韧性。但随着单宁含量的增加,大豆分离蛋白/单宁复合膜的水分含量、水溶性、水蒸气透过率和氧气透过率呈现下降趋势,DPPH自由基清除能力和热稳定性增强。随着p H和温度的升高,复合膜的拉伸强度和断裂伸长量、热稳定性提高,但自由基清除能力下降。
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