木薯渣/PBS可生物降解复合材料的制备与性能研究

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木薯渣是淀粉提取后的固体残余物,其产量随着中国对木薯需求量的增长而逐年增多。但目前对木薯渣的利用仍缺乏比较有效的方法,导致大量的木薯渣被直接丢弃于自然界中,这不仅对环境产生较大的污染,而且也造成了自然资源的浪费。因此,本实验本着绿色环保的原则,以实现木薯渣高值化利用,提高木薯渣与PBS塑料基体界面相容性为目的,利用废弃木薯渣和PBS为主要原料,4,4-亚甲基双异氰酸苯酯(MDI)为改性剂,制备了可生物降解复合材料。利用FT-IR、接触角对木薯渣的改性结果进行表征分析,同时研究了复合材料改性前后的力学性能、热稳定性、吸水性、降解性以及拉伸断裂面的变化。  (1)通过多组实验分析研究了复合材料的制备工艺条件,并综合复合材料的生产成本、材料的综合性能等方面考虑,确定木薯渣用量10%,颗粒尺寸60目,热压温度130℃,热压时间10min,热压压力10MPa。  (2)浸泡24h后,纯PBS吸水率为0.48%,原木薯渣含量为10%的复合材料吸水率为1.31%;当木薯渣含量为30%时,其吸水量迅速增长至14%,接近纯PBS的29倍。MDI改性提高了木薯渣的疏水性,其表面接触角可维持在100°以上,此时材料也具有较低的吸水性,在浸渍24h后,其吸水率为0.69%(木薯渣含量为10%)。  (3)扫描电镜发现原木薯渣与PBS的界面相容性差,复合材料的断裂面处有较多的孔洞和塌陷,进而导致材料的力学强度较差。经MDI改性后,可有效改善木薯渣与PBS的界面粘附性,拉伸断裂面光滑、整齐。与原木薯渣/PBS复合材料相比,当加入10%的改性木薯渣时,复合材料的拉伸强度从16.96MPa增至20.26MPa,提高了19.46%,弯曲强度变化较小;当改性木薯渣含量为30%时,材料的拉伸强度和弯曲强度相较于未改性前,分别提高了72%、20.89%。  (4)通过生物降解性研究发现,添加木薯渣提高了复合材料的降解性,木薯渣含量越高,材料的质量损失率也越高。木薯渣质量分数为30%的复合材料,经过60d土埋降解后其质量损失率可达15.72%,接近纯PBS(1.12%)的14倍。另外,MDI改性后复合材料的降解性变化不明显。
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