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为解决巢湖水华蓝藻和青霉素菌渣难以资源化、规模化利用的问题,并克服生物质/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料力学性能较差和LDPE树脂降解能力较低的缺点,本文提出了以巢湖水华蓝藻、青霉素菌渣为生物原料,与LDPE树脂共混制备填充型可生物降解塑料的方法。通过单因素结合响应面法的实验方法,优化工艺组合和参数配置;通过紫外-可见光谱、表观形貌分析、X-射线衍射、红外光谱等技术手段分析实验过程中的机理变化;通过力学性能测试、熔融温度测试、青霉素残留实验、失重率实验等方法对制得的生物质/LDPE复合材料性能进行进一步分析。主要研究内容与结果如下:(1)研究了巢湖水华蓝藻干化工艺,其中蓝藻粉/LDPE复合材料的力学性能与蓝藻粉的含水率和颗粒粒径呈负相关,以二者为指标,获得干化巢湖水华蓝藻的最优工艺参数为:冻融破壁(-13℃、室温)2次、微波真空干燥(40℃,700W/h,真空度0.08,1 h)粉碎30 s。此条件下制得的蓝藻粉含水率约为6.71%,颗粒平均粒径为25.397μm。(2)研究了作为润滑剂的聚乙烯蜡和白油、作为增容剂的钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、作为增塑剂的丙三醇、三乙醇胺和甲酰胺添加量对蓝藻粉/LDPE复合材料力学性能的影响。结果表明:当蓝藻粉和LDPE树脂的添加量为15.00%和85.00%时,单独加入润滑剂(聚乙烯蜡和白油)的最优添加量为2.67%(2.00%和0.67%),此时该复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为10.10 MPa、8.23 MPa和193.00 MPa;增容剂选择PE-g-MAH,单独加入PE-g-MAH的最优添加量为3.00%,此时该复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为11.20 MPa、8.45 MPa和212.00 MPa;增塑剂选择丙三醇/三乙醇胺,单独加入丙三醇/三乙醇胺的最优添加量均为3.00%,此时该复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为9.90 MPa/9.80 MPa、8.25 MPa/8.05 MPa和202.00 MPa/199.00 MPa,相较于未添加助剂时该复合材料的力学性能9.80 MPa、7.22 MPa和168.00 MPa,均得到有效提升。(3)优化了蓝藻粉/LDPE复合材料配方,通过单因素结合响应面法实验比选,获得最优配方参数为:蓝藻粉添加量为15.00%,LDPE树脂添加量为85.00%,润滑剂(聚乙烯蜡和白油)、PE-g-MAH、丙三醇的添加量分别为2.61%(1.96%和0.65%)、4.06%、3.08%。在此条件下制得的复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为11.60 MPa、9.95 MPa和241.00 MPa,熔融温度为108℃。(4)优化了蓝藻粉-青霉素菌渣/LDPE复合材料配方,可知青霉素菌渣含有丰富的蛋白质、氨基酸、糖类等物质,其红外光谱图与蓝藻粉相似。在青霉素菌渣中加入蓝藻粉可提高青霉素菌渣颗粒的分散性,但两种物质与LDPE树脂的相容性仍较差。通过对蓝藻粉与青霉素菌渣共混比例、润滑剂、PE-g-MAH和三乙醇胺添加量影响因素的单因素实验和响应面法实验比选,可得最优配方参数为:蓝藻粉与青霉素菌渣的共混比例为1:2,蓝藻粉/青霉素菌渣(1:2)共混粉末添加量为15.00%,LDPE树脂添加量为85.00%,润滑剂(聚乙烯蜡和白油)、PE-gMAH、三乙醇胺的添加量分别为3.08%(2.32%和0.76%)、4.33%、4.23%。在此条件下制得的复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为12.30 MPa、9.03MPa和220.00 MPa,熔融温度为109℃,该复合材料的样品提取液经检测青霉素残留量低于仪器的检出限。(5)研究了助剂的作用机理。分析结果显示:润滑剂的加入,可有效减弱复合材料体系中蓝藻粉和LDPE两相间、复合材料与模具间的摩擦,改善样条内部的柔顺度和表面光滑度;钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂一端的异丙氧基端与蓝藻粉中羟基发生作用,PE-g-MAH一端的环状酸酐与蓝藻粉中羟基发生开环酯化反应,另一端的长链碳基端与LDPE分子链紧密缠绕;丙三醇和三乙醇胺的羟基与粉体中羟基形成氢键,甲酰胺的氨基、羰基均可与蓝藻粉中羟基形成氢键,削弱粉体分子间或内部的氢键,降低其成团作用,提升复合材料力学性能。由于甲酰胺分子使蓝藻粉在冷却的复合材料体系中仍具有链段运动的能力,导致复合材料柔韧性提升而强度较弱。综合考虑材料力学性能变化和作用机理,选择润滑剂(聚乙烯蜡和白油)、PE-g-MAH和丙三醇/三乙醇胺可作为本文实验的高效助剂。同时,在蓝藻粉-青霉素菌渣/LDPE复合材料制备过程中助剂的作用机理也符合上述规律。(6)以土壤和加入荧光假单胞杆菌的土壤为基质进行填埋降解实验时,以最佳工艺参数制备的蓝藻粉/LDPE复合材料、蓝藻粉-青霉素菌渣/LDPE复合材料前期降解程度分别为7.73%/180 d和7.86%/180 d、8.98%/180 d和9.12%/180d,平均降解速率约为0.0429%/d和0.0437%/d、0.0499%/d和0.0507%/d。经模型预测,两种基质中,以上两种复合材料的降解周期约为2300 d和2000 d、1500 d和1600 d,180 d后至其完全降解两种复合材料的平均降解速率约为0.0435%/d和0.0506%/d、0.0690%/d和0.0640%/d,降解速率较前期实验有明显提升。