生物可降解地膜加工过程中的构效关系研究与智能化表征

发布时间：2020-07-02 01:12

【摘要】：我国是农业大国。棚膜、地膜等农膜是实现农业高产、稳产不可缺少的生产材料,2015年世界产量已经超过340万吨。发达国家农膜高档占比为20%,但是,从中国农膜产品结构比例来看,高档的农膜产品供不应求,高档农膜占比只有1 0%左右。在我国,常见的用于制造地膜的材料是聚乙烯,因为它的价格便宜,制造成本低,但是作为难降解的化石燃料的下游产品,聚乙烯最大的问题就是会对环境造成白色污染。因此,人们试图寻找一种生物可降解的材料替代聚乙烯地膜,而这其中比较合适的选择就是聚己二酸对苯二甲酸丁二醇脂(Poly(butyleneadipate-co-terephthalate)),简称PBAT。工业上,地膜一般采用吹膜的方法进行加工。而在生物可降解地膜的加工过程中,存在有很大的问题,如:1)材料的加工稳定性差;2)吹膜制备的薄膜产品难以达到市场要求;3)吹膜制造工艺严重依赖工人经验,导致产品品控不高。所以优化调控加工参数以及对原材料进行改性十分必要。本文针对上述问题,做了如下几项工作:1)吹膜过程中PBAT薄膜加工条件-膜泡结构-性能的关系。为了探究生物可降解地膜PBAT在吹膜过程中的加工条件-膜泡结构-性能的关系,将自制的吹膜机与同步辐射X射线联用,检测了添加有不同含量扩链剂的PBAT在吹膜过程中距离口模不同位置处的膜泡的结构变化以及最终的薄膜性质。我们发现:整个膜泡的演化过程可以分为三个阶段,受到流动场控制的前驱体的生成,受到流动场和温度场控制的晶体的成核以及受到温度场控制的晶体的生长过程。扩链剂ADR的加入改变了分子链长,使得前驱体在生成的过程中对拉伸外场的响应不一致,最终薄膜取向沿着不同的方向,为制备具有不同取向的薄膜提供了新思路。ADR的加入提供了化学交联点,和PBAT结晶形成的物理交联点一起共同组成了膜泡的基本骨架。2)PBAT薄膜单轴拉伸过程中构效关系建立。为了探究后加工过程中拉伸对PBAT薄膜的影响,将自制的拉伸机与同步辐射X射线联用,检测了PBAT在室温拉伸过程中的结构形态演化以及光学性能的变化。结合应力应变曲线,我们将其分为三个区:在Ⅰ区弹性形变区,无定形区的分子链发生了仿射形变;超过了屈服点的Ⅱ区,取向无定形链平行排列形成了亚稳的β晶;Ⅱ区出现了应变硬化,此时出现了从α相到β相的相转变。换句话说,整个拉伸过程中β晶的形成有两种方式。与此同时,透光率的变化与相转变的变化是一致的,这可能是因为在拉伸的过程中,晶相和无定形相的折光指数趋于一致造成的,为制备具有不同透光率的薄膜提供了理论基础指导。3)为了实现吹膜过程的智能化,需要建立加工参数-材料性能的知识图谱,并且采用机器学习算法训练出相应的模型。其中前期的工作就是建立高分子吹膜智能化检测平台。通过改进现有的图像识别算法,实现了对吹膜膜泡外形的捕捉,用来定量的表征吹膜膜泡的稳定性。通过设计自动化的薄膜剪裁系统和拉伸系统,并将其他的光学检测设备集成到平台上,可以实现高分子吹膜膜泡的稳定度表征以及高分子薄膜力学性能和光学性能的自动化表征,为建立知识图谱提供了高通量数据,为实现智能化吹膜打下了基础。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;S316
【图文】：

吹膜,熔点升高,熵减,结构演化

逦第２章改性ＰＢＡＴ在吹膜过程中的结构演化与性能的增加，ＰＢＡＴ的结晶温度和熔点都有不同程度的增加，这可能是因为，ＡＤ加入增加了分子链的长度，使得整个体系的熵减小，在更高的温度下开始在二次升温过程中，随着ＡＤＲ加入熔点升高，这可能是因为ＡＤＲ使得ＰＢ晶更加的完善逡逑

方向图,吹膜,花样,图例

逡逑对宽角二维图进行一维积分，并利用公式对一维积分的曲线进行拟合，求出逡逑结晶度随着距离口模的位置与温度曲线，结果如图２．８所示。Ｉ区和ＩＩ区中，一逡逑维积分曲线很难进行拟合，认为在这两个阶段，还没有晶体的生成，或者说生成逡逑的晶体非常小，很难用宽角Ｘ射线检测到晶体的变化。在ＩＩＩ区，由于ＡＤＲ的逡逑加入，在距离口模相同的位置处，随着ＡＤＲ含量的增加，结晶度呈现上升的趋逡逑１８逡逑

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