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聚合物的抗氧化降解是高分子材料的重点研究课题之一,其中最有效和方便的抗氧化降解方法是在高聚物中加入抗氧剂。随着环保意识的加强,人们对与食品接触的高分子制品中抗氧剂的卫生安全提出了更新更高的要求,无毒、无污染和高效将成为抗氧剂的发展方句。
本论文主要研究木质素、迷迭香提取物、二氢杨梅素3种从植物中提取的天然抗氧剂对聚合物的抗氧化作用;研究了其提取分离方法与基本性质,在多种聚合物中抗热氧老化效果,并从结构入手对其抗氧化作用机理进行了分析;另外,在研究抗氧剂的过程中,建立了一种简便易行、准确可靠的氧化诱导测试方法;具体的研究内容如下:
1.在差示扫描量热仪上,采用氧化诱导温度测试方法,分别研究了添加0.2~1.0phr桦木木质素、松木木质素和玉米秆木质素的聚丙烯的抗氧化性能。结果表明3种结构不同的木质素都有一定的抗氧化效果,其中针叶材木质素的抗氧化效果最好。通过红外光谱和核磁共振氢谱分析了各种木质素的结构,发现针叶材木质素中含有大量的愈创木基丙烷结构,而没有紫丁香基丙烷结构的存在;阔叶材木质素和草本木质素中既有愈创木基丙烷结构也有紫丁香基丙烷结构,从分子水平解释了抗氧化效果不同的原因。
2.采用差示扫描量热仪、热失重分析仪和高效液相色谱测定了迷迭香提取物的热稳定性和组成;结果表明迷迭香提取物在200℃以下稳定性较好,提取物中3种主要组份分别为迷迭香酚、鼠尾草酚和鼠尾草酸;通过差示扫描量热仪测定添加迷迭香提取物的各种聚合物的氧化诱导温度,表征迷迭香提取物对各种聚合物的抗氧化效果;在此基础上,研究了迷迭香抗氧剂提取物的组成与提取条件的关系。论文还通过流变性能、老化实验前后力学性能、熔体流动性能的变化,研究了迷迭香提取物对聚丙烯体系的抗氧化性能的影响,结果表明添加迷迭香提取物后的聚丙烯抗氧化性能有显著提高;并采用核磁共振氢谱分析了三油酸甘油酯中叔氧含量的变化,说明迷迭香提取物对分子中的叔氢有保护作用。
3.采用高效液相色谱、红外光谱、核磁共振氢谱对纯化后样品的纯度和结构进行了表征;通过差示扫描量热仪和热失重分析仪测定了二氢杨梅素的热稳定性及加入二氢杨梅素的各种聚合物的氧化诱导温度;通过流变性能、老化实验前后力学性能、熔体流动性能的变化,研究了二氢杨梅素对聚丙烯体系的抗氧化性能的影响,结果表明二氢杨梅素在220℃以下稳定性较好;添加二氢杨梅素后各种聚合物的抗氧化性能都有所提高。采用核磁共振氢谱探索了二氢杨梅素的加入与三油酸甘油酯中叔氢的相对含量的关系,同时探索二氢杨梅素与引发剂混合加热后二氢杨梅素分子中羟基的变化,结果表明二氢杨梅素对分子中的叔氢有保护作用;二氢杨梅素抗氧化活性中心在其分子中B环的3个相邻的羟基上,初步揭示了二氢杨梅素抗氧化机理。
4.采用一种新的氧化诱导测试方法,测试了添加不同含量的抗氧剂IrganoxB215的聚丙烯的抗氧化性能。本方法的特点是:起始温度较低,以恒定速率升温,至某一较高温度恒温。将升温阶段换算为氧化诱导时间,与恒温阶段的时间相加,就可与传统方法测定的氧化诱导时间进行比较,实验结果表明,这种测试方法简便易行,准确可靠,能真实地反映试样的热氧老化性能。