木質纖維基熱塑性高分子可降解材料的制備、結構與性能研究.pdf

1、生物基高分子材料是新材料產業(yè)發(fā)展的重要方向。纖維素是自然界中最豐富的天然可再生資源，為實現(xiàn)生物質原料在高分子材料領域對石油原料的有效替代，開發(fā)纖維素基共混塑料很有必要，而材料組分之間的相容性是改善材料綜合性能的關鍵。論文針對聚己內酯、聚乳酸等可降解高聚物的共混體系，采用己內酯與馬來酸酐開環(huán)共縮聚的嵌段共聚物作為大分子相容劑對界面進行改善，研究了纖維素基增容共混材料的結構與性能，并且與未使用增容劑的纖維素基增強共混材料進行了對比，揭示了界

2、面增容作用的規(guī)律。論文的主要研究內容和結果如下：
　　1、纖維素基增強共混材料的制備與表征
　　通過對微晶纖維素、木粉與聚己內酯共混材料結晶熔融的研究發(fā)現(xiàn)，纖維素材料的引入并未影響到聚己內酯分子的結晶行為，熔點與結晶度都基本未變。但X衍射譜圖中聚己內酯的部分特征衍射峰消失，表明此時聚己內酯的晶型結構發(fā)生了改變。動態(tài)機械熱分析表明在增強共混物中只有聚己內酯的松弛轉變，而且其玻璃化轉變并沒有因共混而改變。在微晶纖維素所占比例超過

3、20％后，材料的儲能模量出現(xiàn)了臺階式的增長，木粉對材料儲能模量的提升效果比微晶纖維素還要明顯。40%的微晶纖維素和木粉分別可以使共混材料的彈性模量提高三倍和六倍，但拉伸強度卻出現(xiàn)了不同程度的降低，而沖擊強度的降低幅度則更大。
　　低溫條件下，共混塑料的拉伸強度、彈性模量與沖擊強度都基本未受影響。微晶纖維素試件的彈性模量在高濕老化后得到改善，浸漬老化后則有所降低，而木粉試件在這兩種條件下都出現(xiàn)明顯降低。共混塑料的吸水率在三周左右達到

4、最大值，在增重率上，木粉混合物是共混塑料里最高的。
　　2、纖維素基增容共混材料的制備
　　核磁共振氫譜顯示作為相容劑的共聚物中只有與羰基相連的亞甲基氫原子發(fā)生新的裂分，表示己內酯開環(huán)后確實與馬來酸酐發(fā)生了嵌段縮聚。大分子增容劑用量在8%到10%之間聚己內酯增容共混物的拉伸性能最好，在醋酸丙酸纖維素比例低于60%時，大分子增容劑可以將其與聚己內酯的增容共混物拉伸強度提高12%，對聚乳酸增容共混物的補強作用更為明顯。
　

5、　在對共混材料制備工藝的研究中可發(fā)現(xiàn)，扭矩隨停留時間下降，在3分鐘左右達到穩(wěn)定。在溫度160℃與轉速100 rpm下共混材料可以達到塑化擠出與機械性能的平衡。聚己內酯用量的增加可以降低扭矩，但對熔體壓力影響不大，而隨著大分子增容劑用量的上升則可以同時降低擠出扭矩與熔體壓力，但影響螺桿機械剪切力與熔體流動的主要因素還是高聚物分子結構的差異。
　　3、纖維素基增容共混材料的結構與性能表征
　　隨著在纖維素基增容共混物中聚己內酯含

6、量的減少，其自身的熔點、結晶度也在下降。而且由于大分子增容劑的作用，有部分結晶在退火處理后不再發(fā)生熔融轉變。
　　共混材料中聚己內酯與纖維素的松弛溫度互相靠攏，表明二者之間達到了部分相容，隨著兩組分擴散程度的加大，松弛轉變的分布也在加寬。結晶度高的共混物具有較大的儲存模量，材料的動態(tài)阻尼特性更多地反映出連續(xù)相的特征。在大分子增容劑用量10%時共混物具有較高的儲存模量。而在聚乳酸增容材料中只有一個松弛轉變，說明纖維素與聚乳酸達到了完

7、全互溶。
　　在透射電鏡照片中羽毛狀結構與暗色條紋狀結構分別代表了聚己內酯與纖維素的相區(qū)結構特征，而且隨連續(xù)相到分散相的變化，相區(qū)形態(tài)也發(fā)生改變。在聚乳酸混合物中就只有代表界面相的片狀結構數量與形態(tài)在變化。聚己內酯共混材料與水的接觸角隨著纖維素分子的增加而上升，但在纖維素含量超過60%以后又發(fā)生降低。在聚乳酸含量占60%時共混材料的表面張力同樣達到最低值。
　　在聚己內酯中混入醋酸丙酸纖維素可以降低共混塑料發(fā)生熱解反應的最大