玉米秸秆皮/高密度聚乙烯复合材料吸湿特性及抗微生物性能

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yanyong
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农作物秸秆/塑料复合材料主要应用在甲板、栏杆、墙板、门窗和园林建筑等户外场所,长时间暴露在高湿、高温环境下,容易产生生物降解,从而影响产品的经济和使用价值。本研究以经氨溶铜季铵盐(ACQ)、硼酸锌(ZB)处理的玉米秸秆韧皮纤维(CSF)为增强材料,以高密度聚乙烯(HDPE)为塑料基体,通过挤出、模压制备CSF/HDPE复合材料。通过对其物理力学性能、吸水性能、吸湿特性、抗微生物降解等性能研究,探讨利用经防腐剂处理的农作物秸秆制备复合材料的可行性,并以期为农作物秸秆及塑料的回收利用提供有效途径。研究考察防腐剂种类及浓度、CSF添加量对CSF/HDPE复合材料力学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对复合材料进行表征。结果表明:经ACQ处理后,随ACQ浓度增加,力学性能逐渐降低;CSF添加量为50%、ACQ浓度为1%时,CSF/HDPE复合材料的力学性能最佳。经ZB处理后,随ZB浓度的增加,复合材料的拉伸强度逐渐增强;弯曲强度、弯曲模量、冲击强度均呈现先增大后减小的趋势;CSF添加量为50%、ZB浓度为2%时,CSF/HDPE复合材料的力学性能最佳。防腐处理CSF/HDPE复合材料的吸水性能表明:经ACQ处理后,CSF/HDPE比例一定时,随ACQ浓度增加,复合材料的含水率逐渐增加,吸水厚度膨胀率呈现先减少后增大的趋势;ACQ浓度一定时,复合材料的含水率和厚度膨胀率均随CSF添加量的增加而增加。经ZB处理后,在相同CSF添加量下,随ZB浓度的增加,含水率和吸水厚度膨胀率逐渐增加;当CSF添加量为60%时,其含水率影响较明显。经两种不同防腐剂处理,在相同的CSF添加量和相同防腐剂浓度下,ACQ处理的吸水性能均优于ZB处理。防腐剂处理对CSF/HDPE复合材料吸湿特性的影响,结果表明:经ACQ、ZB处理复合材料随着环境相对湿度的增加,吸湿、解吸平衡含水率(EMC)均呈现增加趋势;当CSF含量增加后,其EMC随之增加,防腐处理CSF/HDPE复合材料的EMC均比未处理复合材料要大,但增加值不超过2%,说明防腐处理对CSF/HDPE复合材料吸湿特性的影响不是很大。通过Nelson模型的引入,计算得出的EMC与实际测得的EMC拟合良好,说明Nelson模型可用于预测CSF/HDPE复合材料在某一相对湿度下达到的平衡含水率。防腐剂处理对CSF/HDPE复合材料抗微生物降解性能的影响,结果表明:经ACQ或ZB处理CSF/HDPE复合材料在防腐方面的质量损失率远远低于未经处理CSF/HDPE复合材料;随着CSF含量的增加,其所有试样的质量损失率均增长,说明CSF是影响耐腐性能的主要因素之一,也进一步证明了腐朽菌主要攻击CSF/HDPE复合材料的CSF部分;防腐处理CSF/HDPE复合材料具有较好的耐腐性能,且ACQ中有效成分氧化铜比ZB中有效成分硼化物的效果更优。复合材料的防白蚁和耐霉性能方面,两种防腐处理的CSF/HDPE复合材料的质量损失和霉菌感染率均明显降低,说明防腐剂对抗白蚁和耐霉性能方面效果显著;与未经处理CSF/HDPE复合材料相比,ACQ浓度添加量为3%时,其抗白蚁性能明显提高;经ACQ处理CSF/HDPE复合材料试样上均无霉菌生长,表明ACQ对增强复合材料的耐霉菌性能具有显著作用;由于玉米秸秆化学组成和玉米秸秆未完全去瓤的原因,与木塑复合材料相比,CSF/HDPE复合材料的耐霉菌性能明显要差。上述结果表明以防腐处理CSF为增强材料,与HDPE制备的复合材料,具有良好的力学性能、吸水性能、吸湿特性,且其抗微生物降解性能得到了明显改善,表明了利用防腐剂处理农作物秸秆制备复合材料的可行性,为农作物秸秆及塑料的回收利用提供有效途径。
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