高直链淀粉醋酸酯合成及其与聚己内酯共混纤维的结构与性能

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该文以高直链淀粉为原料,以冰醋酸和醋酸酐为混和酸,MSA为催化剂,制备了高取代度淀粉醋酸酯,研究了反应温度、反应时间、反应物比例、不同催化剂加入量等不同反应条件对取代度的影响.发现延长反应时间、合适的MSA用量、以及适当的酸和酸酐比例可以提高取代度,而提高反应温度可导致淀粉降解.该文通过红外光谱、X衍射、DSC等表征了淀粉醋酸酯的结构.在红外光谱上,1375cm<-1>和1240cm<-1>附近出现对应醋酸酯的特征峰,3500cm<-1>附近的对应羟基伸缩振动的吸收峰随着取代度的增加而显著减弱,在1750cm<-1>附近对应的羰基伸缩振动的吸收峰随着取代度的增加而明显增大,说明淀粉结构中确实引入了醋酸酯基团.X衍射结果表明,淀粉醋酸酯和原淀粉的结晶结构完全不同,说明在取代过程中,原淀粉的结晶结构遭到破坏.DSC测试的结果表明,淀粉醋酸酯样品的熔融峰出现在181℃左右,比纯淀粉的熔点降低了94℃,说明醋酸酯化能有效降低高直链淀粉的熔点,淀粉醋酸酯的热塑加工性能得到明显提高.该文采用滴定法对淀粉醋酸酯的反应动力学进行了研究.讨论了淀粉酯化的反应机理,建立了二级反应动力学方程,得到淀粉醋酸酯化反应的活化能为43.88kJ/mol.研究了反应温度、催化剂用量、反应物比例对反应数率常数的影响.发现提高反应温度、增加催化剂的用量可以提高反应数率常数,而酸与酸酐的比例对反应数率常数的影响不大.虽然淀粉醋酸酯的热塑性能有了明显的改善,但由于其特性粘度较低,所得样品的力学性能还不能满足使用的需要,为此,该文进一步选用聚己内酯(PCL)与淀粉醋酸酯进行共混,在保留其生物可降解性的同时,改善其纺丝加工性能和力学性能.通过热力学分析和DSC测试,发现淀粉醋酸酯和PCL部分相容,存在相互作用.淀粉醋酸酯的加入,一定程度上阻碍了PCL分子链的有序堆砌,导致共混物中PCL相的熔点降低.采用DSC和热台显微镜对共混样品的等温结晶动力学进行研究,发现改变温度以及淀粉醋酸酯的加入对PCL的成核及其生长方式没有太大的影响.结晶速率常数k随结晶温度的升高有较明显的降低.采用非等温结晶动力学处理方法获得了与等温结晶动力学研究相一致的结果.该文将淀粉醋酸酯/PCL共混物纺成纤维,采用声速法、X射线衍射和强度测试对纤维的性能进行了研究,发现纤维的取向度随着拉伸倍数的增大而提高.针对共混纤维拉伸后的声速值有很大提高的现象,从声速法测试原理作出定性解释.随着纤维样品拉伸倍数的增大,纤维的结晶度有了一定程度的提高,纤维的强度有明显的提高.
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