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

发布时间：2017-05-04 02:05

  本文关键词：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，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：热塑性淀粉 苎麻落麻纤维 表面改性 低温等离子体 硅烷偶联剂
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 研究背景10
• 1.2 常用塑料及评价10-12
• 1.3 热塑性淀粉材料的研究进展12-17
• 1.3.1 淀粉的结构性质与淀粉改性12-13
• 1.3.2 热塑性淀粉成型原理13-14
• 1.3.3 热塑性淀粉增塑剂的应用现状14-15
• 1.3.4 热塑性淀粉的成型方式15-17
• 1.4 热塑性淀粉材料的基体增强17-20
• 1.4.1 热塑性淀粉的基体增强研究进展17-19
• 1.4.2 交联淀粉19-20
• 1.5 麻纤维增强热塑性淀粉复合材料的研究现状20-24
• 1.5.1 苎麻落麻纤维20-21
• 1.5.2 麻纤维表面改性研究及复合材料中应用21-24
• 1.6 本文研究内容及意义24-26
• 1.6.1 研究内容24-26
• 1.6.2 研究意义26
• 1.7 本章小结26-28
• 第二章 混合热塑性淀粉基体的制备28-40
• 2.1 实验原理及设计28-30
• 2.1.1 增塑剂的选择28-29
• 2.1.2 加工方式的选择29-30
• 2.2 实验部分30-34
• 2.2.1 实验材料与设备30
• 2.2.2 混合基体样品的制备30-31
• 2.2.3 混合基体的性能测试与表征31-34
• 2.3 实验结果与分析34-38
• 2.3.1 拉伸性能测试结果与分析34-35
• 2.3.2 基体断面形貌分析(SEM)35-36
• 2.3.3 X射线衍射(XRD)测试结果与分析36
• 2.3.4 耐水性能测试结果与分析36-37
• 2.3.5 热重分析37-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 苎麻落麻纤维表面改性及其与淀粉基体界面性能研究40-56
• 3.1 实验原理及设计40-43
• 3.1.1 低温等离子体纤维改性机理41-42
• 3.1.2 硅烷偶联剂纤维改性机理42-43
• 3.2 实验部分43-47
• 3.2.1 实验材料与设备43-44
• 3.2.2 落麻纤维等离子体处理44
• 3.2.3 落麻纤维硅烷偶联剂处理44
• 3.2.4 落麻纤维等离子体-硅烷偶联剂联合处理44-45
• 3.2.5 单纤维拉拔实验试样的制备45
• 3.2.6 性能测试与表征45-47
• 3.3 实验结果与分析47-54
• 3.3.1 单纤维拉伸性能结果与分析47-48
• 3.3.2 X射线衍射分析(XRD)及结晶度计算48-49
• 3.3.3 红外光谱(FTIR)测试结果与分析49-51
• 3.3.4 纤维拉拔试验结果及界面剪切强度(IFSS)51-52
• 3.3.5 扫描电子显微镜形貌与分析(SEM)52-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 复合材料的制备与性能测试56-70
• 4.1 实验方案设计56
• 4.2 实验部分56-61
• 4.2.1 实验材料与设备56-57
• 4.2.2 复合材料试样的制备57-58
• 4.2.3 性能测试与表征58-61
• 4.3 实验结果与分析61-68
• 4.3.1 拉伸性能测试结果与分析61-62
• 4.3.2 弯曲性能测试结果与分析62-63
• 4.3.3 拉伸断面形貌分析63-65
• 4.3.4 耐水性能测试结果与分析65-66
• 4.3.5 尺寸稳定性测试结果与分析66-67
• 4.3.6 湿度对力学性能影响67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-78
• 发表论文和参加科研情况78-80
• 致谢80

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本文编号：344170