水輔助加工法制備聚丙撐碳酸酯/淀粉共混物
發(fā)布時間：2020-12-08 02:57
分別采用普通熔融共混法和水輔助加工法,制備了具有不同共混形態(tài)的聚丙撐碳酸酯(PPC)/淀粉共混物,并研究了淀粉分散形態(tài)對共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、流變以及力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,采用普通熔融共混法時,淀粉未發(fā)生糊化,并以原顆粒狀分散于基體中;而采用水輔助加工法時,淀粉發(fā)生糊化,并在擠出過程中原位形成纖維結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)矸垡岳w維形式分散于PPC基體中時,其與PPC間的界面接觸面積顯著增加,二者的相互作用增強,PPC/淀粉共混物的Tg、儲能模量以及復(fù)合黏度顯著提高。力學(xué)性能測試結(jié)果表明,當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,采用水輔助加工法制備的PPC/淀粉共混物的拉伸模量相比于純PPC提高了67.7%。
【文章來源】：應(yīng)用化學(xué). 2017年08期 第885-890頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
淀粉在PPC基體中分散形態(tài)(A．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH)及選擇性刻蝕掉PPC后，淀粉殘留物的形態(tài)(C．PPC/D-STAＲCH;D．PPC/W-STAＲCH)的SEM照片
鑰?蝕，除去PPC組分，對淀粉殘留物進行SEM觀察。如圖1C所示，無水條件下混合，淀粉保持原有的形狀，呈圓形或多角形顆粒，平均粒徑約為15μm。而水輔助加工法獲得的淀粉呈細(xì)長的纖維，纖維直徑約為1～6μm。可見，經(jīng)過水輔助加工后淀粉的相區(qū)尺寸變小，從而增大了其與PPC的接觸面積。水輔助加工改變了淀粉在PPC中的存在狀態(tài)，其原因是淀粉顆粒在水和較高的溫度作用下發(fā)生糊化和融合，并且，由于此時淀粉含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(24%)，粘流態(tài)淀粉粘度較高，在螺桿混合外力作用下，特別是拉伸作用，便發(fā)生變形成纖。2．2熱轉(zhuǎn)變行為圖2給出了在不同加工條件下所獲得的PPC/淀粉共混物的二次升溫DSC曲線，曲線中的躍遷是PPC發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變。當(dāng)?shù)矸垡栽w粒狀分散在PPC基體中時，淀粉的加入能使PPC的Tg升高，且淀粉含量越高，Tg的升高越明顯，如圖2A所示。其原因是淀粉的羥基與PPC的羰基之間存在氫鍵相互作用［7］，從而限制了PPC分子鏈運動，使其Tg升高。顯然，淀粉含量越高，二者之間的氫鍵相互作用越強，因而Tg升高越顯著。當(dāng)?shù)矸垡岳w維狀分散形態(tài)存在時，PPC的Tg變化規(guī)律與無水條件相類似(圖2B)。值得注意的是，如表1所示，在相同淀粉添加量下，纖維狀淀粉對PPC的Tg的提升效果要優(yōu)于原顆粒狀淀粉。這主要是因為相比于原顆粒狀形態(tài)，淀粉粒子尺寸由直徑15μm顯著降低為1～6μm，當(dāng)?shù)矸垡约?xì)長纖維分散在PPC基體時能有效增大二者的界面接觸面積，從而使二者間的氫鍵相互作用進一步增強，因此Tg的提高更為顯著。圖2不同淀粉含量及加工條件下PPC/淀粉共混物的二次升溫DSC曲線Fig．2DSCplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentsandprocessingconditionsinthesecondheatingprocessA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH表
2．3流變特性圖3和圖4分別給出了不同加工條件下，淀粉含量對PPC/淀粉共混物復(fù)合黏度及儲能模量的影響規(guī)律曲線。如圖3A和4A所示，無水條件下，不同淀粉含量的PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度和儲能模量與純PPC基本相同，只是在淀粉含量低時，淀粉粒子可能會促進PPC分子鏈滑移，降低熔體粘度。與淀粉粒子混合不同的是，在水輔助加工條件下，隨著淀粉含量增加，淀粉形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得淀粉與PPC之間的界面相互作用顯著增強，因而所獲得的PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度顯著提高，如圖3B所示。特別是當(dāng)?shù)矸酆?質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá)到30%時，淀粉開始形成連續(xù)相，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使體系的復(fù)合黏度和儲能模量產(chǎn)生突變，特別是在低頻區(qū)出現(xiàn)了類固響應(yīng)，如圖4B所示�？梢�，PPC/淀粉共混物的流變性能測試結(jié)果與上述的SEM結(jié)果相一致。圖3不同淀粉含量及加工條件下的PPC/淀粉共混物的復(fù)合粘度-角頻率變化曲線Fig．3ComplexviscosityvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH圖4不同淀粉含量及加工條件下的PPC/淀粉共混物的儲能模量-角頻率變化曲線Fig．4StoragemodulusvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH由圖3A和4A還可以看出，隨著剪切角頻率的增大，PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度降低，說明共混物的分子鏈纏結(jié)由于剪切速率增大而發(fā)生解纏結(jié)，發(fā)生剪切變稀行為。2．4力學(xué)性能表2給出了純PPC以及PPC/淀粉共混物的拉伸模量、拉伸強度和斷裂伸長率的統(tǒng)計結(jié)果。由表2可以看出，不論以何種形態(tài)分散，PPC/淀粉共混物的模量均高于純PPC，拉伸強度略有下降，而斷裂伸長率則顯著降低。這主要是淀粉?
本文編號：2904331
【文章來源】：應(yīng)用化學(xué). 2017年08期 第885-890頁 北大核心
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【部分圖文】：
淀粉在PPC基體中分散形態(tài)(A．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH)及選擇性刻蝕掉PPC后，淀粉殘留物的形態(tài)(C．PPC/D-STAＲCH;D．PPC/W-STAＲCH)的SEM照片
鑰?蝕，除去PPC組分，對淀粉殘留物進行SEM觀察。如圖1C所示，無水條件下混合，淀粉保持原有的形狀，呈圓形或多角形顆粒，平均粒徑約為15μm。而水輔助加工法獲得的淀粉呈細(xì)長的纖維，纖維直徑約為1～6μm。可見，經(jīng)過水輔助加工后淀粉的相區(qū)尺寸變小，從而增大了其與PPC的接觸面積。水輔助加工改變了淀粉在PPC中的存在狀態(tài)，其原因是淀粉顆粒在水和較高的溫度作用下發(fā)生糊化和融合，并且，由于此時淀粉含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(24%)，粘流態(tài)淀粉粘度較高，在螺桿混合外力作用下，特別是拉伸作用，便發(fā)生變形成纖。2．2熱轉(zhuǎn)變行為圖2給出了在不同加工條件下所獲得的PPC/淀粉共混物的二次升溫DSC曲線，曲線中的躍遷是PPC發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變。當(dāng)?shù)矸垡栽w粒狀分散在PPC基體中時，淀粉的加入能使PPC的Tg升高，且淀粉含量越高，Tg的升高越明顯，如圖2A所示。其原因是淀粉的羥基與PPC的羰基之間存在氫鍵相互作用［7］，從而限制了PPC分子鏈運動，使其Tg升高。顯然，淀粉含量越高，二者之間的氫鍵相互作用越強，因而Tg升高越顯著。當(dāng)?shù)矸垡岳w維狀分散形態(tài)存在時，PPC的Tg變化規(guī)律與無水條件相類似(圖2B)。值得注意的是，如表1所示，在相同淀粉添加量下，纖維狀淀粉對PPC的Tg的提升效果要優(yōu)于原顆粒狀淀粉。這主要是因為相比于原顆粒狀形態(tài)，淀粉粒子尺寸由直徑15μm顯著降低為1～6μm，當(dāng)?shù)矸垡约?xì)長纖維分散在PPC基體時能有效增大二者的界面接觸面積，從而使二者間的氫鍵相互作用進一步增強，因此Tg的提高更為顯著。圖2不同淀粉含量及加工條件下PPC/淀粉共混物的二次升溫DSC曲線Fig．2DSCplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentsandprocessingconditionsinthesecondheatingprocessA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH表
2．3流變特性圖3和圖4分別給出了不同加工條件下，淀粉含量對PPC/淀粉共混物復(fù)合黏度及儲能模量的影響規(guī)律曲線。如圖3A和4A所示，無水條件下，不同淀粉含量的PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度和儲能模量與純PPC基本相同，只是在淀粉含量低時，淀粉粒子可能會促進PPC分子鏈滑移，降低熔體粘度。與淀粉粒子混合不同的是，在水輔助加工條件下，隨著淀粉含量增加，淀粉形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得淀粉與PPC之間的界面相互作用顯著增強，因而所獲得的PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度顯著提高，如圖3B所示。特別是當(dāng)?shù)矸酆?質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá)到30%時，淀粉開始形成連續(xù)相，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使體系的復(fù)合黏度和儲能模量產(chǎn)生突變，特別是在低頻區(qū)出現(xiàn)了類固響應(yīng)，如圖4B所示�？梢�，PPC/淀粉共混物的流變性能測試結(jié)果與上述的SEM結(jié)果相一致。圖3不同淀粉含量及加工條件下的PPC/淀粉共混物的復(fù)合粘度-角頻率變化曲線Fig．3ComplexviscosityvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH圖4不同淀粉含量及加工條件下的PPC/淀粉共混物的儲能模量-角頻率變化曲線Fig．4StoragemodulusvsangularfrequencyplotsofPPC/starchblendswithdifferentstarchcontentandprocessingconditionsA．PPC/D-STAＲCH;B．PPC/W-STAＲCH由圖3A和4A還可以看出，隨著剪切角頻率的增大，PPC/淀粉共混物的復(fù)合黏度降低，說明共混物的分子鏈纏結(jié)由于剪切速率增大而發(fā)生解纏結(jié)，發(fā)生剪切變稀行為。2．4力學(xué)性能表2給出了純PPC以及PPC/淀粉共混物的拉伸模量、拉伸強度和斷裂伸長率的統(tǒng)計結(jié)果。由表2可以看出，不論以何種形態(tài)分散，PPC/淀粉共混物的模量均高于純PPC，拉伸強度略有下降，而斷裂伸長率則顯著降低。這主要是淀粉?
本文編號：2904331
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