麦草微晶纤维素的制备及应用

发布时间：2020-08-10 12:55

【摘要】：聚合物材料在日常生活和工业等领域都发挥了重要的作用,随着环境污染的加剧,寻找可再生的、可生物降解的聚合物材料来代替石油基产品是十分必要的。聚乳酸(PLA)是一种多用途的聚合物,由可再生农业原料制成,具有可生物降解性、可回收性、透明性和易加工性等性能,主要用于食品包装、一次性杯子等。但它也存在性脆、抗冲击性差、对热不稳定、价格贵等缺点,限制了其进一步发展和应用。聚乙烯(PE)也是很常用的一种高分子材料,广泛应用在薄膜领域,它也存在耐热性差、不耐光氧化和不易降解等缺点。可向它们中加入一些价廉质优的物质来改善它们某些方面的缺陷,其中最吸引人的天然填料——纤维素。天然纤维增强聚合物复合材料的优势在于它的低成本和高性能。中国是一个农业大国,每年都产生大量农作物秸秆,其中21%是麦草秸秆,秸秆中含有大量的纤维素成分。把纤维素或者其衍生物加入到聚乳酸和聚乙烯中,以改善PLA的力学性能和聚乙烯的降解性能等。这样可以得到更好的聚合物产品,同时也使农业废弃物得到利用。主要研究成果如下。1.微晶纤维素(MCC)的制备。选用的原料为麦草纤维素,采用的方法为稀酸水解。最后选用最合适的实验条件(反应温度140°C,硫酸浓度2%,反应时间3 h,固液比为1:10)进行SEM、XRD、FT-IR等测试。通过SEM分析得到了小块状的微晶纤维素(MCC),表明很好的把纤维素中的非结晶区去除;通过对XRD图结晶度的计算,得到了较高的结晶度值为67.33%的微晶纤维素;通过FT-IR分析得到MCC与纤维素具有相同的结构。此条件下糖酸液中的糖含量为33.20%。通过热重分析,说明高温时MCC含有更多的阻燃性的I型结晶纤维素。2.微晶纤维素与聚乳酸的复合。通过添加不同量的微晶纤维素(2 wt%,4wt%,6 wt%,8wt%)与聚乳酸复合,最后发现添加4 wt%微晶纤维素的聚乳酸复合材料拉伸性能最好,其拉伸强度值为73.01MPa,与PLA相比,此值增加了8.40%,弹性模量增加了2.62%。不同添加量的微晶纤维素的复合物在弯曲模量(除PLA-8)和弯曲强度上也有较好的提高。XRD和DSC分析表明,添加MCC使得PLA/MCC复合物的结晶度也得到了提高。3.微晶纤维素与聚乙烯的复合。通过添加不同量的微晶纤维素(2 wt%,4 wt%,6 wt%,8wt%)与聚乙烯复合。最后通过FT-IR发现两者主要是物理复合;通过XRD图发现,添加微晶纤维素对聚乙烯的结晶性能有很明显的改变;拉伸性能的测试表明添加微晶纤维素的复合物拉伸强度有一些下降,但还是有很好的拉伸强度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O636.11
【图文】：

样条,重分析,测试板

图 3.2 实验样条表征外光谱（FT-IR）8400S 型红外光谱仪进行测试，将 KBr 加入到样品00 - 4000 cm-1。射分析（XRD）-6000 进行测试，将样品放入测试板上用玻璃板压速度 10°/min。显微镜（SEM）700F 进行测试，工作电压为 3 kV。重分析（DTA-TGA）

SEM图,复合材料,断面,冷结晶

PLA 和 PLA-4 的两次升温曲线图，从中可以看到 PLA有 3 个主要的温度，玻璃化转变（Tg）、冷结晶（Tc）和以看出 PLA 的 Tg值为 62.02 °C，PLA-4 的 Tg值为 63现象，通常解释为聚合物分子链间分离的过程，Tg的增

曲线图,复合材料,曲线图,拉伸强度

图 4.4 PE 和 PE/MCC.3.4拉伸性能测试表 4.4 是 PE 和 PE/MCC 17.21 MPa，添加微晶纤维素的复合材料拉伸性能有所下降，添加量为，拉伸强度有很小的下降，值为，拉伸强度值较 PE 下降的多些，但也不是很大。他们三个变化很小，说明添加一定范围的量过断裂伸长率数据可知，添加了因是 MCC 的添加会引起大量的应力集中点，使得材料张力减小，伸长率减小。尽管 PE/MCC很多领域，如农用地膜。复合材料的 TGA（A）和 DTA（B）的曲线图复合材料的拉伸测试结果。PE 的拉伸强度最16.82 MPa，当添加量为 4 wt%，下降的多些，但也不是很大。他们三个之间一定范围的量的微晶纤维素对聚乙烯的拉伸性能MCC的复合材料的断裂伸长率都比纯复合材料的拉伸强度有所下降，但是地膜。更重要的是，减少了 PE 的使用量，对于它的6 wt%之间的拉伸的微晶纤维素对聚乙烯的拉伸性能改的添加会引起大量的应力集中点，使得材料张力减小，从而的拉伸强度有所下降，但是也可对于它的

【参考文献】