摘要
淀粉、纤维素作为自然界存储量最多的两种天然高分子材料，其葡萄糖单元上的多羟基所赋予的强极性和亲水性等特征却严重限制其在复合材料领域的应用。为提高淀粉、纤维素的界面反应能力，本论文以H2O2与低浓度Cu2+催化剂可控氧化反应，对其进行羧基化改性。在此基础上，将所制备的羧基淀粉(OST)和羧基纳米纤维素(OCNC)分别用于增强羧基丁腈橡胶(XNBR)和热塑性淀粉(TPS)，利用界面反应显著提高XNBR和TPS的综合性能，从而为改性淀粉、纤维素的开发应用提供新的途径。 首先采用改进型Fenton反应(H2O2/Cu2+)制备羧基含量为13%~57%的OST，并基于羧基与氧化锌(ZnO)成盐反应所构筑的金属盐键为交联点，详细探究OST的羧基含量和添加量对XNBR复合材料结构与性能的影响机理。结果表明，原位界面反应的发生在显著提高XNBR/OST/ZnO离子交联程度的同时，还有效改善XNBR与OST间的界面相容性。当添加15phr的OST-57和5phr的ZnO时，XNBR/15OST-57/5Z的拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.7MPa和638%，与纯XNBR相比提高3.1和1.9倍。此外，OST还赋予XNBR复合材料优异的抗菌性能，其抑菌圈直径由XNBR/5Z的5.5mm提高至XNBR/15OST-57/5Z的7.8mm。因此，通过调控OST的羧基含量及添加量，能显著提高XNBR的力学和抗菌性能。 论文进而采用改进型Fenton反应(H2O2/Cu2+)对未经碱泡预处理的微晶纤维素(MCC)进行羧基化改性，以制备得到羧基微晶纤维素(OMCC)和羧基纳米纤维素(OCNC)。相比于OMCC，由于同时实现羧基化和纳米改性，OCNC具有更高的长径比、羧基含量、结晶度和成炭性。因此，OCNC在XNBR中实现更均匀分散，并对XNBR复合材料的抗菌、力学、热稳定性、磨耗和耐辐射老化性能有更显著的提高。当OCNC和ZnO添加量分别为10phr和5phr时，XNBR/10OCNC/5Z的拉伸强度和抑菌圈分别提高至6.6MPa和8.5mm，表现出比OMCC和OST更优异的增强效果。 此外，论文进一步探究H2O2含量对OCNC结构与性能的影响规律。研究发现，当H2O2与MCC摩尔比为3:1时制备的OCNC具有最佳综合性能。因此，将其用于增强TPS，并通过改变挤出过程中OCNC/TPS配比，系统考察OCNC对TPS结构和性能的影响机制。结果表明，OCNC与TPS间形成的牢固羧基-羟基氢键作用力不仅促进其在TPS中的均匀分散，还有效提高TPS与OCNC间的界面相容性，因此对TPS复合材料 的力学性能、玻璃化转变温度(Tg)和热稳定性表现出更显著的提升。当添加1phr的OCNC-17.1时，TPS复合材料的拉伸强度、冲击强度和Tg分别由纯TPS的12.4MPa、1.3KJ/m2和63.1℃提升至20.5MPa、3.9KJ/m2和93.5℃，充分说明OCNC在反应挤出过程中对TPS的高效增强作用。
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