木薯秸秆/PPC复合材料制备及性能研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luocai1982
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目前对木薯秸秆的研究主要集中在生物堆肥、生物制燃料、成分分析等方面,对木薯秸秆用作木塑复合材料领域的研究还较少,而4年生木薯秸秆的成分与木材无明显差异,理论上可用作木塑复合材料中的纤维增强体;目前制备木塑复合材料比较常见的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等,这些聚合物虽力学性能较优,但其制品不可避免的问题是难以降解,导致污染土壤环境,在我国提倡“绿水青山就是金山银山”,发展可持续经济的今天,这并不绿色环保,因此,研发可生物降解的新型木塑复合材料成为了研究热点,本文将聚碳酸亚丙酯(PPC)作为木塑复合材料中的聚合物基体,创新性地将木薯秸秆与PPC结合,研发出一种全新的、可完全生物降解的木塑复合材料,并对其进行力学性能、流变性能、热稳定性、微观形貌等做一系列表征,并对该材料的自然降解作了全面的分析,本文的主要研究结果如下:(1)采用单因素试验法对木薯秸秆粒径及添加量分别分析,结果发现:粒径对复合材料力学性能确实有较大影响,原因是粒径较大不利于共混,而粒径较小时颗粒长径比小,无法有效提供强度支撑,从而得出最佳的粒径范围为80-140目;木薯秸秆粉末添加量也对力学性能有较大影响,其力学性能呈现先增大后减小的趋势,在添加量40%时达到最大值,复合材料的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度分别为39.5Mpa、34.94Mpa、2.99KJ/m2;并且加入木薯秸秆粉末后,其平衡转矩有一定升高,热稳定性也有一定的提高。(2)采用三因素三水平正交分析法,研究了几种硅烷及添加量对复合材料改性的影响,结果如下:三种硅烷偶联剂都对复合材料力学性能起到积极作用,傅立叶红外光谱显示木薯秸秆粉末在1110cm-1与760cm-1处的特征峰略有加强,也表明硅烷醇在木薯秸秆粉末中达到了一定接枝效果,最佳的偶联剂为硅烷KH560,最佳添加量为2%,其弯曲强度、拉伸强度、冲击强度分别为39MPa、35.8MPa、2.76KJ/m2;同时,硅烷偶联剂的改性也提高了复合材料的热稳定性,DMA结果显示,偶联剂的加入提升了复合材料的最高储能模量,复合材料的玻璃化转变温度也得到小幅提升。(3)采用单因素试验法,对碳酸钙种类及添加量对复合材料性能的影响作进一步分析,结果如下:添加碳酸钙后复合材料的拉伸和弯曲强度都有一定上升,而相对而言,纳米钙和活性钙对复合材料的拉伸强度及弯曲强度提升幅度较大,纳米钙提升效果最明显,添加量在15%时达到最大值,其弯曲强度、拉伸强度、冲击强度分别为41.6MPa、37.1MPa、2.765KJ/m2,相比于对照组分别增长了11%和10%;且碳酸钙的加入会增加复合材料体系的平衡转矩,也会一定程度提升复合材料的热稳定性。(4)对复合材料的降解性能研究结果如下:复合材料的降解要快于纯PPC样条;前30天,复合材料的土埋失重率为0.1%,几乎没有失重,而30天之后,复合材料开始降解失重,到60天时失重率为2%,到150天时,失重率达到8.9%,可以看到复合材料表面被红褐色微生物所侵蚀包裹。
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