植物油樹脂基泡沫塑料生物降解性及阻燃性能的研究.pdf

1、目前大部分合成高分子材料采用屬不可再生資源的石油為原料，除了在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生環(huán)境污染外，其廢棄物難以生物降解，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的問題，如何減少對石油資源的依賴，更多地利用可再生資源制各可生物降解高分子材料，解決日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境危機已經(jīng)引起了人們的普遍重視。
　　 為此，利用天然高分子，制備可生物降解高分子材料越來越引起人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)利用植物油制備聚氨酯泡沫塑料的方法已比較成熟，已有多種產(chǎn)品得到了商業(yè)化應(yīng)用，但這類泡沫塑料

2、中天然植物油比例不高，生物降解性差。
　　 因此，本論文嘗試用植物油原料制備非聚氨酯材料，以環(huán)氧大豆油為原料，在不改變其甘油三酯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)改性，將環(huán)氧大豆油制各成易于自由基聚合的樹脂，按照傳統(tǒng)制備不飽和聚酯泡沫塑料的方法，合成了新型可生物降解泡沫塑料。主要對改性大豆油樹脂基泡沫塑料及其纖維增強復(fù)合材料進行了生物降解性和阻燃性能研究，分析總結(jié)出此類材料的降解規(guī)律、機理和阻燃效果。
　　 本論文研究內(nèi)容如下

3、：
　　 (1)用丙烯酸和馬來酸酐對環(huán)氧大豆油(ESO)進行功能化改性，制備丙烯酸酯化環(huán)氧大豆油(AESO)和馬來酸酐—丙烯酸改性環(huán)氧大豆油(MA-AESO)。用反應(yīng)型磷酸酯阻燃劑二乙基-N,N-二(2-羥乙基)氨基甲基膦酸酯(FRC-6)和馬來酸酐對AESO進行功能化改性，制備了含氮、磷元素的阻燃性AESO(FR-AESO)。利用9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)與馬來酸酐對AESO進行功能化改性

4、，制備了含磷元素的阻燃改性AESO(DOPOMA-AESO)。
　　 (2)利用AESO、FR-AESO、MA-AESO和DOPOMA-AESO等大豆油樹脂基分別與乙烯基單體進行自由基共聚合，按照傳統(tǒng)制備不飽和聚酯泡沫塑料的發(fā)泡方法制備了大豆油樹脂基泡沫塑料。隨后，利用短切劍麻纖維和大麻纖維作為增強材料，制備了植物纖維增強AESO樹脂基復(fù)合泡沫塑料。此外，對AESO/St泡沫塑料還進行了無鹵添加型阻燃試驗，利用膨脹型阻燃劑(聚磷

5、酸銨+季戊四醇+三聚氰胺)和AESO樹脂混合發(fā)泡成型并進行阻燃測試。
　　 (3)綜合利用實驗室模擬土埋法、自然土埋法、“缸埋法”和微生物培養(yǎng)法四種方法對上述大豆油樹脂基泡沫塑料及其植物纖維增強復(fù)合泡沫塑料的生物降解性能進行了研究，并研究了影響其生物降解性的因素和降解機理，對它們的生物降解性進行了評價。
　　 本論文主要研究結(jié)論如下：
　　 (1)用丙烯酸和馬來酸酐對ESO進行改性，制備丙烯酸酯化環(huán)氧大豆油(AE

6、SO)和馬來酸酐—丙烯酸改性環(huán)氧大豆油(MA-AESO)。用FRC-6和馬來酸酐反應(yīng)物FRC-6-MA、DOPO和馬來酸酐反應(yīng)物DOPOMA對AESO進行改性，分別制備了阻燃改性大豆油FR-AESO和DOPOMA-AESO。利用AESO、FR-AESO、MA-AESO和DOPOMA-AESO分別與乙烯基單體自由基共聚合發(fā)泡分別制備了相應(yīng)的改性大豆油樹脂基泡沫塑料及其纖維增強復(fù)合材料。與AESO相比，MA-AESO、FR-AESO和DOP

7、OMA-AESO上具有更多的活性雙鍵和極性基團。由MA-AESO、FR-AESO和MA-AESO制得的泡沫塑料，其機械性能比AESO樹脂基泡沫塑料明顯提高，這和在大豆油分子上引入更多的雙鍵和極性基團，提高了泡沫塑料的交聯(lián)密度有關(guān)。
　　 (2)通過模擬自然條件的實驗室土埋、自然土埋、“缸埋法”和微生物培養(yǎng)法，證實了大豆油樹脂基泡沫塑料具有一定的生物降解性能。研究了此類復(fù)合材料在土壤中的降解動力學(xué)，研究了不同改性大豆油樹脂，稀釋單

8、體的比例和種類對復(fù)合材料的生物降解性的影響，材料的形態(tài)、尺寸、土壤酸堿度均會影響其生物降解性。
　　 (3)實驗室模擬土埋生物降解實驗中，MA-AESO樹脂基泡沫塑料的失重大于AESO樹脂基泡沫塑料，歸因于MA-AESO含有更多的酯基。劍麻纖維具有增強AESO泡沫塑料壓縮力學(xué)性能和促進其生物降解的雙重作用，并且隨著纖維含量的增加，這種作用更加明顯。這表明提高植物油衍生物的含量和提高聚合物中易生物降解基團的含量，均能顯著提高植物油

9、基泡沫塑料的生物降解性。
　　 (4)對植物油基泡沫塑料進行“缸法埋置測量CO2的放出量”，表明泡沫塑料可以最終分解成為CO2；對高PS含量的馬來酸化蓖麻油(MACO)泡沫塑料(從MACO/St=50∶50到MACO/St=20∶80)進行黑曲霉微生物培養(yǎng)實驗，以純聚苯乙烯(PS)聚合物作空白對照，觀察到材料表面霉菌不斷生長，表明高苯乙烯含量的泡沫塑料也可發(fā)生生物降解。
　　 (5)對AESO/St泡沫塑料進行添加型阻燃

10、改性，并與反應(yīng)型阻燃FR-AESO、DOPOMA-AESO樹脂基泡沫塑料進行阻燃測試對比，氧指數(shù)和UL94垂直燃燒測試表明：FR-AESO/St泡沫塑料中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達2.54％，氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到1.15％，氧指數(shù)LOI可達26.5，UL-94燃燒等級可達V-1級別。DOPOMA-AESO/St泡沫塑料中含磷1.93％泡沫塑料，LOI達到23.5，UL-94燃燒等級可達V-2級別。IFR添加量達到30份和40份時，IFR-AESO/St