改性落麻纤维增强热塑性淀粉复合材料的制备及性能研究

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热塑性淀粉塑料是一种来源广泛、成本低廉、易于加工的可降解生物材料,在包装、餐饮、农业地膜等领域,被认为可成为常规塑料的替代产品。热塑性淀粉塑料的广泛应用,将对缓解资源、环境压力及推动人类可持续发展产生重大意义。但在机械性能及耐水性能方面的先天缺陷,大大限制了其生产与应用。本课题首先以三偏磷酸钠交联淀粉/天然玉米原淀粉为混合型淀粉基体原料,甘油、山梨醇、尿素为复合增塑剂,采用单螺杆挤出法,优化质量配比和加工温度,制备混合型热塑性淀粉基体,探究交联淀粉掺入量对材料的机械性能、热稳定性能及耐水性能的影响。再以低温等离子体及硅烷偶联剂对苎麻落麻纤维表面进行改性处理,与淀粉共同制备改性落麻增强热塑性淀粉基复合材料,研究不同处理方法对落麻纤维与淀粉基体界面增强效果,探究落麻纤维表面处理对复合材料机械性能及耐水性能的影响。通过测试,得出以下结论:1、混入交联淀粉后,在复合增塑剂的增塑效果和单螺杆剪切力的作用下,交联淀粉/天然玉米原淀粉混合型淀粉基体材料的拉伸性能提高44.76%,吸湿性能下降38.64%,说明,交联淀粉对淀粉基体具有明显的增强效果。当交联淀粉含量增至15wt%后,基体材料拉伸性能增幅趋于平缓,综合考虑,交联淀粉含量选择15wt%较为合理。2、低温等离子体处理的苎麻落麻纤维上出现新的-OH,果胶等杂质被较彻底地清除,在20CW处理功率下纤维表面刻蚀效果适中;经硅烷偶联剂处理纤维表面形成一层偶联剂薄膜,纤维表面出现C-Si、C-O-Si键,偶联剂浓度为5%时缩聚形成的薄膜平滑完整;经联合处理纤维表面兼具二者单独处理效果,形成的偶联剂薄膜致密均匀。单纤维拉伸测试显示三种处理方法均未对纤维强度产生剧烈影响。单纤维拉拔实验表明经过处理的麻纤维与基体间粘结性能均有提高,以联合处理的麻纤维最为明显,界面剪切强度提高至8.25MPa。3、联合处理麻纤维增强热塑性淀粉复合材料具有较高的拉伸性能、弯曲性能,分别为28.95MPa和49.71MPa。此外,7天吸湿率下降7.55个百分点,120天尺寸变化率仅为0.89%,复合材料机械性能、耐湿性能显著提高。通过对表面改性落麻纤维增强热塑性混合淀粉材料的研究发现,交联淀粉与淀粉亲和,共混后可获得良好的基体增强材料;经过低温等离子体/偶联剂联合改性处理的麻纤维与淀粉基体形成良好的界面,机械性能、耐湿性能显著提高。
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