生物可降解苧麻-PBS復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對環(huán)保的意識越來越強烈，對復(fù)合材料的要求也隨著提高。苧麻纖維是天然纖維中高強高模的典型代表，并且苧麻纖維的制備過程非常低碳環(huán)保，因此苧麻纖維常被用作綠色復(fù)合材料的增強基體材料。用易于生物降解的高聚物材料作為基體，開發(fā)具有優(yōu)良性價比的可生物降解復(fù)合材料，符合當(dāng)前對低碳制造和綠色環(huán)保材料的要求。聚丁二酸丁二醇酯（以下簡稱PBS）是由丁二酸和丁二醇經(jīng)縮合聚合而得，熔點低，具有良好的可加工性、優(yōu)良的力學(xué)性能和可生物降解性

2、，是一種比較有前景的生物降解高分子材料。苧麻纖維增強PBS復(fù)合材料的性能達(dá)到基本復(fù)合材料要求，同時由于其原料的低碳型和復(fù)合材料整體的易于降解性，將在綠色復(fù)合材料中極有發(fā)展前景。
　　 但是目前苧麻/PBS復(fù)合材料的研究和應(yīng)用都很少，主要原因是苧麻纖維表面與PBS樹脂之間的界面黏結(jié)性不能完全達(dá)到要求，限制了這類復(fù)合材料的研發(fā)。
　　 本論文研究工作主要分為三部分:
　　 第一部分是苧麻纖維與基體材料PBS的界面相容

3、性，在該部分工作中，采用等離子技術(shù)改性苧麻纖維，討論不同處理電壓對苧麻/PBS間界面粘結(jié)性能的影響;
　　 第二部分工作是苧麻/PBS復(fù)合材料的制備，對經(jīng)等離子體處理后的苧麻機織物采用模壓成型技術(shù)制備完全生物降解的苧麻增強PBS復(fù)合材料，討論苧麻含量、表面處理對苧麻/PBS復(fù)合材料性能的影響;
　　 第三部分是復(fù)合材料和純PBS的降級性能研究，分別采用土埋法和固定化脂肪酶對PBS及苧麻/PBS復(fù)合材料進(jìn)行降解研究，深入理

4、論分析。
　　 在第一部分研究中，為了研究常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體對苧麻/PBS間界面性能的影響，對苧麻纖維表面進(jìn)行不同放電電壓處理，得到不同程度改性的苧麻纖維，在此基礎(chǔ)上，制備得到單纖維增強復(fù)合材料，為對苧麻和PBS的界面性能進(jìn)行分析，采用掃描電鏡觀察表面，并進(jìn)行界面剪切力和動態(tài)接觸角進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體對于苧麻纖維表面的刻蝕程度隨著實際施加電壓的增大而增大;常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體的實際施加電壓對苧麻

5、纖維表面的粘結(jié)性能改善效果有顯著影響。在電壓為6千伏時，可顯著改善苧麻纖維表面的疏水性，其與聚丁二酸丁二醇酯的界面剪切力值達(dá)到最大值。
　　 在第二部分的研究工作中，對苧麻體積分?jǐn)?shù)含量分別為15％、21％、30％與37％的復(fù)合材料性能比較發(fā)現(xiàn)，PBS復(fù)合材料的拉伸強度隨著苧麻含量的增加而增加，當(dāng)苧麻含量達(dá)到30％時提高最大;復(fù)合材料的伸長率隨著織物含量的增加呈現(xiàn)遞減趨勢;等離子處理后的復(fù)合材料的拉伸強力隨著苧麻織物的增加先增加后

6、降低，當(dāng)苧麻含量為30％時，比未處理的提高了9.4％;隨著苧麻含量的增加，苧麻增強PBS復(fù)合材料的彎曲強度幾乎成線性增長，與純PBS相比，21％和30％苧麻含量復(fù)合材料的彎曲強度分別增加了19％和27％;等離子處理后的復(fù)合材料的彎曲強度隨著苧麻織物的增加而先增加后降低。
　　 在第三部分的研究中，通過在土埋和脂肪酶降解條件下測試苧麻/PBS復(fù)合材料的生物降解性能，并對降解材料的表面形貌進(jìn)行觀察、紅外分析、X射線衍射和DSC分析。

7、結(jié)果表明，土埋法90天時PBS失重率達(dá)到了93％。經(jīng)過90天的降解，純的PBS表面變化比較明顯，PBS表面出現(xiàn)了鱗片狀的一層層剝落的狀態(tài);酶降解后的PBS，表面還存留一些白色顆粒狀物質(zhì)，存在一定程度的降解。苧麻/PBS復(fù)合材料的降解程度較大，在土壤微環(huán)境90天后，材料表面出現(xiàn)了明顯的孔洞，酶降解25天后的復(fù)合材料表面相對而言比較整齊，但是也開始龜裂。紅外光譜分析可知土埋降解后的酯鍵含量降低，酶降解后的PBS降解后的峰要比純PBS平滑。復(fù)

8、合材料土埋降解后和酶降解的酯鍵含量降低。X射線衍射分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)純PBS的特征衍射峰是2θ分別是19.5°和22.5°，土埋降解和酶降解后結(jié)晶顆粒減小，結(jié)晶度發(fā)生了一定的變化。DSC分析可以看到PBS的是熔融結(jié)晶溫度為111.5℃，經(jīng)過脂肪酶降解后，玻璃化溫度有所下降。
　　 本論文的研究表面制備苧麻/PBS復(fù)合材料是現(xiàn)實可行的，采用等離子體表面改性苧麻纖維可較好提高苧麻增強體與PBS基體材料的界面粘結(jié)性能，這為這類復(fù)合材料的應(yīng)用