脂肪酰胺二元醇的合成及应用于淀粉热塑性研究

论文摘要

淀粉是一种来源广泛,价格低廉、可资源再生的原料,热塑性淀粉材料可以替代源于石油产品的传统塑料,被认为是最具发展前景的生物降解材料之一。淀粉在塑化剂作用下转变为热塑性淀粉是常用的方法之一,不同塑化剂对塑化淀粉的性能有很大的影响,本文在分析研究多元醇类塑化剂、酰胺类等塑化剂的优点与不足的基础上,设计合成含有羟基、酰胺基化合物为塑化剂,系统地研究了塑化淀粉的性能。首先选择无溶剂、无催化剂条件下,以DL-乳酸、羟基乙酸、巯基乙酸和ε-己内酯与乙二胺、1, 3-丙二胺和1, 6-己二胺为原料合成了一系列脂肪酰胺二元醇系化合物,共合成十种此类物质,测定了化合物的结构与性质。系统研究了各种因素对反应过程的影响。实验证明此方法不但具有操作简单、反应产率高的优点,还有原子利用率高,减少了对环境的污染,因此是一种环境友好的绿色合成方法,符合现代有机化学绿色合成方法的要求。以脂肪酰胺二元醇为塑化剂,用于淀粉的热塑性研究,并系统研究了乳酸系脂肪酰胺二元醇与甘油共同塑化玉米淀粉（AGCTPS）和马铃薯淀粉（AGPTPS）的性能。并与传统甘油塑化玉米淀粉（GCTPS）和马铃薯淀粉（GPTPS）相比较,AGPTPS具有较大的断裂伸长率。AGCTPS和AGPTPS耐水性能得到了较大的提高;扫描电镜显示淀粉完全塑化形成均一连续相;对其耐回生性能研究发现脂肪酰胺二元醇和甘油混合塑化剂可以抑制淀粉的重结晶,差示扫描量热（DSC）测定了热塑性淀粉的玻璃化转变温度。随着脂肪酰胺二元醇含量的增加玻璃化转变温度也呈增高的趋势。系统研究了脂肪酰胺二元醇与甲酰胺共同塑化玉米淀粉（AFCTPS）和马铃薯淀粉（AFPTPS）的性能。与传统甲酰胺塑化玉米淀粉（FCTPS）和马铃薯淀粉（FPTPS）相比较,AFCTPS和AFPTPS具有较大的拉伸强度,较好的耐水性能;扫描电镜显示淀粉完全塑化形成均一连续相,对其耐回生性能研究发现脂肪酰胺二元醇可以抑制淀粉的重结晶。差示扫描量热（DSC）测定了热塑性淀粉的玻璃化转变温度。对不同原始水含量的淀粉所制备热塑性淀粉研究表明,材料的力学性能与淀粉原始水含量有较大关系,原始水含量为10%左右时,所得AFPTPS的综合力学性能最好。差示扫描量热（DSC）表明随着原始水含量的增加热塑性淀粉AFCTPS的玻璃化转变温度呈现下降的趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物可降解脂肪族聚酯
• 1.1.1 化学合成方法
• 1.1.1.1 聚丙交酯的合成
• 1.1.1.2 双酚A 型环氧树脂与甲基丙烯酸的加成物
• 1.1.1.3 柠檬酸酯的合成
• 1.1.1.4 聚氨酯的合成
• 1.1.2 酶催化合成生物可降解聚酯
• 1.1.2.1 碳酸酯的开环聚合
• 1.1.2.2 环氧化合物开环聚合反应
• 1.1.2.3 区域选择性开环聚合
• 1.1.2.4 羟基酸的缩合反应
• 1.1.2.5 立体选择性缩聚反应
• 1.1.2.6 两种聚酯之间的分子间酯交换反应
• 1.1.2.7 碳酸酯的酯交换聚合
• 1.1.2.8 含环氧化合物的聚合反应
• 1.1.2.9 区域选择性酯交换反应
• 1.2 热塑性淀粉
• 1.2.1 淀粉基本知识介绍
• 1.2.1.1 淀粉的来源及其结构
• 1.2.1.2 淀粉的存在状态及其组成
• 1.2.1.3 淀粉的结晶性质
• 1.2.1.4 几种常见淀粉的微观形貌
• 1.2.2 塑化淀粉与原淀粉的区别
• 1.2.2.1 X-衍射谱图分析
• 1.2.2.2 扫描电镜谱图分析
• 1.2.2.3 红外谱图分析
• 1.2.3 塑化淀粉的影响因素
• 1.2.3.1 塑化剂对淀粉塑化性能的影响
• 1.2.3.2 淀粉结构对淀粉塑化性能的影响
• 1.2.3.3 淀粉回生对淀粉塑化性能的影响
• 1.2.3.4 水对淀粉塑化性能的影响
• 1.2.4 淀粉塑化剂的选择
• 1.3 脂肪酰胺二元醇的合成
• 1.4 本论文研究的意义、目的及研究思路
• 1.4.1 意义和目的
• 1.4.2 研究思路
• 第二章 脂肪酰胺二元醇系化合物的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料及设备
• 2.2.2 脂肪酰胺二元醇系化合物的合成
• 2.2.3 红外光谱分析（FT-IR）
• 1H NMR）'>2.2.4 核磁共振仪（¹H NMR）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的结构表征数据
• 2.3.2 温度对产率的影响
• 2.3.2.1 滴加反应物过程中温度对反应产率的影响
• 2.3.2.2 反应物对反应过程温度的要求
• 2.3.3 物料比对反应产率的影响
• 2.3.4 反应物滴加顺序对产率的影响
• 2.3.5 反应物自聚活性对产率的影响
• 2.4 小结
• 第三章 AGCTPS 和AGPTPS 的制备和表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料及设备
• 3.2.2 热塑性淀粉的制备
• 3.2.2.1 塑化玉米淀粉AGCTPS 的制备
• 3.2.2.2 塑化马铃薯淀粉AGPTPS 的制备
• 3.2.3 性能测试
• 3.2.3.1 扫描电镜分析（SEM）
• 3.2.3.2 红外光谱分析（FT-IR）
• 3.2.3.3 X-射线衍射（X-Ray）
• 3.2.3.4 吸水测试（Water uptake）
• 3.2.3.5 力学性能（Mechanical properties）
• 3.2.3.6 差示扫描量热（DSC）
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 塑化剂的选择
• 3.3.2 脂肪酰胺二元醇3a 表征
• 3.3.3 AGCTPS 和AGPTPS 氢键稳定性
• 3.3.4 AGCTPS 的红外分析
• 3.3.5 AGPTPS 的红外分析
• 3.3.6 AGCTPS 微观形貌
• 3.3.7 AGPTPS 微观形貌
• 3.3.8 AGCTPS X-衍射谱图分析
• 3.3.9 AGPTPS X-衍射谱图分析
• 3.3.10 AGCTPS 吸水性能
• 3.3.11 AGPTPS 吸水性能
• 3.3.12 AGCTPS 力学性能
• 3.3.13 AGPTPS 力学性能
• 3.3.14 AGCTPS 差示扫描量热分析（DSC）
• 3.3.15 AGPTPS 差示扫描量热分析（DSC）
• 3.4 小结
• 第四章 AFCTPS 与AFPTPS 的制备和表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料及设备
• 4.2.2 热塑性淀粉的制备
• 4.2.2.1 AFCTPS 的制备
• 4.2.2.2 AFPTPS 的制备
• 4.2.3 性能测试
• 4.2.3.1 扫描电镜分析（SEM）
• 4.2.3.2 红外光谱分析（FT-IR）
• 4.2.3.3 X-射线衍射（X-Ray）
• 4.2.3.4 吸水测试（Water uptake）
• 4.2.3.5 力学性能（Mechnical properties）
• 4.2.3.6 差示扫描量热（DSC）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 氢键稳定性
• 4.3.2 AFCTPS 红外分析
• 4.3.3 AFPTPS 红外分析
• 4.3.4 AFCTPS 扫描电镜分析
• 4.3.5 AFPTPS 扫描电镜分析
• 4.3.6 AFCTPS 热塑性淀粉的结晶性质及其回生性研究
• 4.3.7 AFPTPS X-衍射谱图分析
• 4.3.8 AFCTPS 力学性能
• 4.3.9 AFPTPS 力学性能
• 4.3.10 AFCTPS 吸水性能
• 4.3.11 AFPTPS 吸水性能
• 4.3.12 AFCTPS 差示扫描量热分析（DSC）
• 4.3.13 AFPTPS 差示扫描量热分析（DSC）
• 4.4 小结
• 第五章 原始水含量对AFCTPS 性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料及设备
• 5.2.2 不同原始水含量热塑性淀粉的制备
• 5.2.3 性能测试
• 5.2.3.1 扫描电镜分析（SEM）
• 5.2.3.2 红外光谱分析（FT-IR）
• 5.2.3.3 X-射线衍射（X-Ray）
• 5.2.3.4 吸水测试（Water uptake）
• 5.2.3.5 力学性能（Mechnical properties）
• 5.2.3.6 差示扫描量热（DSC）
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同原始水含量对热塑性淀粉红外光谱的影响
• 5.3.2 不同原始水含量AFCTPS 扫描电镜分析（SEM）
• 5.3.3 不同原始水含量AFPTPS 的结晶性质及其回生性研究
• 5.3.4 初始水含量对AFPTPS 力学性能的影响
• 5.3.5 差示扫描量热分析（DSC）
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.1.1 脂肪酰胺二元醇类化合物的合成
• 6.1.2 新型塑化剂的制备
• 6.1.3 脂肪酰胺二元醇/甘油混合塑化剂对淀粉塑化的影响
• 6.1.4 脂肪酰胺二元醇/甲酰胺混合塑化剂对淀粉塑化的影响
• 6.1.5 混合塑化剂塑化马铃薯淀粉的性能
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 博士期间发表论文
• 致谢