基于淀粉和蔗渣的可生物降解复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-11-09 14:35

  本文关键词：基于淀粉和蔗渣的可生物降解复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：我国拥有丰富的甘蔗渣资源,但目前蔗渣的利用一直存在附加值低、易造成二次污染等缺点。通过向PLA/淀粉中加入蔗渣制备可完全生物降解复合材料,对解决我国当前普遍存在的“白色污染”问题,推动我国农业废弃物资源综合利用和生物质复合材料工业的跨越式发展具有重要的经济意义和社会意义。本实验首先对淀粉/蔗渣进行增塑改性,而后通过挤出注塑制备出了PLA/淀粉/蔗渣复合材料,研究了增塑剂种类和含量、材料配比对复合材料力学性能、加工性能、吸水性、热性能等的影响。本实验还研究了蔗渣经碱处理后其成分和结晶的变化,及其对PLA/淀粉/蔗渣复合材料力学性能的影响。最后,本实验对复合材料的自然土埋降解行为进行了研究。研究发现,改性剂甘油、甲酰胺、乙二醇对淀粉/蔗渣体系均有明显的增塑作用,且增塑效果为甲酰胺甘油乙二醇。加入改性剂的含量为30%时(相对淀粉和蔗渣总量),复合材料兼具较好的力学性能和加工性。其中,由甲酰胺增塑的复合材料PLA/淀粉/蔗渣(60/20/20)的拉伸强度高达43.9MPa,由甘油增塑的复合材料的拉伸强度为36.4MPa,但复合材料的断裂伸长率普遍较低,韧性较差。增大复合材料中淀粉和蔗渣的含量,复合材料的熔体粘度有所增大,吸水性急剧上升,机械性能变差。其中,复合材料PLA/淀粉/蔗渣(20/40/40)的平衡吸水率高达38%,拉伸强度为37MPa,断裂伸长率为3.0%,相比于PLA/淀粉/蔗渣(80/10/10),复合材料的吸水率上升了489.1%,拉伸强度和断裂伸长率分别降低了28.57%和50%。蔗渣对PLA/St复合材料具有一定的增强作用,PLA/St/BF(60/20/20)的拉伸强度和弯曲强度比PLA/St(60/40)分别提升了17.42%和12.32%。经过一定浓度碱处理一段时间后,能有效除去蔗渣中的果胶、木质素等杂质,蔗渣纤维素表面积有所增大,结晶度有所提高,但过高的碱浓度和过长的处理时间会破坏纤维素的结晶结构。蔗渣经一定浓度的碱处理后能提高纤维与其他组分间的机械咬合力,在1%浓度下处理1小时后的蔗渣性能最佳,相比于未处理蔗渣复合材料,复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提升了21.43%和26.18%,但过高的碱处理浓度和过长的碱处理时间均不利于复合材料机械强度的提高。增大淀粉和蔗渣的含量,有助于提升材料的生物降解性能,其中,PLA/淀粉/蔗渣(20/40/40)在自然土埋条件下两个月的降解率达到57.35%。研究发现淀粉的生物降解性略优于蔗渣。SEM分析表明复合材料经降解后留下了大量的孔洞结构,表面发生一定程度的层状剥离现象,结构受到严重的破坏。随着降解时间的延长,复合材料的力学性能保持率大体上不断降低,且含易降解成分越多,力学性能下降地越厉害。一定的降解时间内复合材料的结晶度不断增大,热稳定性变好,表明材料的降解始于材料的无定型区,而后延至材料的结晶区。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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