废纸板纤维/淀粉发泡复合材料的制备及其性能研究

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淀粉类发泡复合材料以淀粉为基体,辅以塑化剂、相容剂、发泡剂等助剂,利用挤出、注塑、模压或烘焙等发泡方法制取的一种可降解发泡复合材料,该发泡制品具有良好的可降解性,可以部分替代不可降解的泡沫塑料(特别是EPS),有利于缓解“白色污染”及“石油匮乏”等问题,并且其推广利用有利于提升淀粉的附加值,提高农业经济效益。但是,目前大部分的淀粉类发泡复合材料普遍存在一些问题:如相容性及耐水性较差、泡孔分布不均匀、膨胀率及回弹率低等。因此,淀粉类发泡复合材料实际性能尚不如发泡聚苯乙烯(EPS),限制了其在市场上的推广应用。如果能在上述几个方面得到突破,将为淀粉类发泡复合材料在市场的应用带来一片曙光。本课题以淀粉和聚乙烯醇为基体,废纸板纤维为增强体,再辅以相容剂、塑化剂、发泡剂等加工助剂,利用注塑发泡法制备了废纸板纤维/淀粉发泡复合材料。首先,探究甘油/尿素对淀粉的塑化机理、废纸板纤维的增强机理以及乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)对复合材料的界面作用机理,在此基础上进一步研究上述组分及加工温度对熔体流变性能的影响;其次,讨论甘油/尿素、废纸板纤维、发泡剂及注塑工艺参数(注塑温度、注塑压力、注塑速率)对发泡复合材料的发泡效果(表观密度、膨胀率、回弹性、泡孔形态)的影响。结果表明:(1)当甘油与尿素的质量比为1:2,且两者总质量为淀粉含量的30%时,TPS塑化效果最佳,且拉伸强度增加了1.5倍;当采用浓度为4%的NaOH溶液预处理的废纸板纤维含量为30%时,复合材料的拉伸强度达到最大值11.4MPa;当EAA含量为总量的12%时,可以很好的改善各组分间的界面相容性,且拉伸强度达到最大值15.4MPa.(2)熔体剪切粘度随着剪切速率的增加而降低,表现为剪切变稀行为;同一剪切速率,随着甘油/尿素含量、发泡剂含量的增加,剪切粘度均降低;随着废纸板纤维含量的增加,剪切粘度均升高;随着温度的升高,剪切粘度先降低后增加;随着EAA含量的增加,剪切粘度先增加后降低;(3)回弹率随着甘油/尿素含量、废纸板纤维含量、发泡剂含量的增加,先上升后降低;而表观密度随上述各组分含量以及注塑工艺参数(注塑温度、注塑压力、注塑速率)的增加,先降低后升高,而膨胀率先增加后降低;(4)发泡材料的失重率随着时间的推移逐渐增加,甘油/尿素含量为淀粉质量的30%,废纸板纤维含量20%,材料的降解速率最合适;(5)随着发泡剂含量的增加,材料的吸水率先增加后减少,水、NH4HCO3、AC/ZnO三种发泡剂含量分别为3%、2%、3%时材料的吸水率达到最大值,分别为69.3%、62.5%、71.8%;(6)当甘油/尿素含量为淀粉质量的30%,废纸板纤维含量20%,发泡剂含量为3%,注塑温度为140℃,注塑压力为70MPa,注塑速率为11g.s-1时,制品泡孔大小适中,数量较多,且分布均匀。
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