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淀粉作为可再生的自然资源,来源丰富、供应稳定、价格低廉,是食品、造纸、医药、纺织、塑料、包装材料等工业的重要原材料,由于其良好的生物降解性能,被广泛应用到高分子材料中,然而接枝淀粉在橡胶中的应用却鲜有报道。本论文在糊化淀粉的基础上,采用自由基引发单体接枝共聚,制备了淀粉接枝共聚物,并采用凝聚共沉法制备了天然橡胶(NR)/接枝淀粉复合材料。
本文系统地研究了反应温度,反应时间,引发剂浓度和单体用量对淀粉接枝丙烯酸丁酯(BA)体系的转化率、接枝率和接枝效率的影响,同时在此基础上研究了淀粉接枝苯乙烯(St)体系中St的用量对体系接枝率和接枝效率的影响,以及淀粉同时接枝BA和st体系中两单体的比例和两单体的用量对体系接枝率和接枝效率的影响；研究了反应时间、反应温度、引发剂浓度、单体用量以及接枝淀粉的用量对NR/接枝淀粉复合材料力学性能的影响,优化了复合材料的制备工艺；将等量的接枝淀粉代替部分炭黑制备了NR/炭黑/接枝淀粉复合材料,研究了接枝淀粉的用量变化对复合材料力学性能的影响。通过傅立叶红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD),差示扫描量热法(DSC),热重分析(TGA),动态力学性能分析(DMA)和扫描电镜(SEM)等现代测试手段以及交联密度的测定和老化性能的测试等方法研究了原淀粉,接枝淀粉,NR/接枝淀粉复合材料以及NR/炭黑/接枝淀粉复合材料的微观结构和形态,研究了复合材料的物理机械性能和热性能,并对复合材料的动态性能进行了表征。
结果表明,淀粉经过接枝改性后,NR/接枝淀粉复合材料的力学性能相比NR/Starch有较大的提高,在某些方面的性能可以和NR/CB复合材料媲美。
抽提产物的FT-IR谱图表明,在本实验条件下,BA,St和BA/St成功接枝到淀粉上,接枝参数随实验条件变化的规律符合自由基聚合的一般规律,BA,St和BA/St与淀粉的接枝效率在本实验条件下最高分别为98％,83.2％和92.8％。
XRD表明淀粉的接枝反应破坏了淀粉的结晶结构,接枝淀粉中只存在微晶结构；DSC测试表明,接枝淀粉的熔融热明显低于原淀粉,并且根据接枝效率的差别,不同接枝单体的接枝淀粉熔融热也不一样；SEM照片显示,淀粉经过接枝改性后,淀粉颗粒变小,破碎,其在NR中的分散明显改善,界面作用力增强。
在接枝淀粉的TGA分析中,可以明显看到接枝淀粉的热分解曲线出现分段分解的现象,这也间接证明了接枝反应的发生；由于接枝淀粉的加入,复合材料的热稳定性能有所降低:DMA研究了复合材料的0℃和65℃时的tan δ值,研究表明,通过选择合适的接枝单体和接枝淀粉的用量,可以获得具有良好的抗湿滑性和滚动阻力的复合材料。