聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

淀粉干法酯化改性对淀粉/聚乳酸复合材料紫外老化性能的影响

以玉米淀粉为原料,马来酸酐(MAH)为酯化剂,通过干法合成马来酸酐酯化淀粉(ES)。FT-IR测试结果表明,玉米淀粉和MAH通过干法成功发生酯化反应。再将马来酸酐酯化淀粉和聚乳酸(PLA)通过熔融挤出法制备马来酸酐酯化淀粉/聚乳酸复合材料(ES/PLA)。采用紫外老化箱对复合材料进行加速老化处理,研究了干法酯化改性对复合材料老化性能的影响。FT-IR和SEM研究结果表明随着老化时间延长,复合材料中C—O、C—H和CO的吸收峰强度逐渐降低,破坏程度逐渐增大;老化时间相同时,ES/PLA中基团吸收峰强度大于原淀粉/PLA(NS/PLA),破坏程度小于NS/PLA;XRD和DSC结果表明,老化处理后2θ=21°处的结晶峰消失,且16.5°处出现PLA的结晶峰,表明淀粉的水解速率大于PLA;复合材料中PLA的结晶度随老化时间延长先增大,再减小,表明PLA中非结晶区先发生水解。受结晶度的影响,复合材料的热分解温度随着老化时间延长先增大,后减小,且ES/PLA的热稳定性优于NS/PLA。老化时间相同时,ES/PLA的机械性能优于NS/PLA,随着老化时间延长,NS/PLA和ES/PLA的机械强度逐渐降低。     

木聚糖酶改性对竹粉/聚乳酸复合材料性能的影响

植物纤维与树脂基材料在复合过程中存在相容性差的问题。为拓宽生物酶在植物纤维增强聚合物方面的应用,探讨利用木聚糖酶进行生物改性对植物纤维产生的影响,以生物酶木聚糖酶为改性剂、聚乳酸(PLA)作为基质,利用热压成型-冷压脱模工艺制备了改性竹粉/聚乳酸复合材料。采用单因素试验,控制木聚糖酶的浓度,通过傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、力学测试、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG或TGA)等分析方法,研究了不同浓度木聚糖酶改性竹粉对复合材料性能的影响。结果表明:FT-IR显示,随着木聚糖酶浓度变大,半纤维素被逐渐降解,2.67 mg/L质量浓度时降解最佳;力学性能显示,当木聚糖酶的质量浓度为2.67 mg/L时,相比未处理组,复合材料的弯曲强度、拉伸强度分别提高15.0%和85.7%,但冲击强度降低5.2%,优于其他浓度;热重分析显示,当木聚糖酶的质量浓度为2.67 mg/L时,纤维最先被降解,热稳定性弱于其他组; SEM结果显示,竹粉经过木聚糖酶处理后,半纤维素被降解,纤维表面变得粗糙,与PLA结合强度变大,2.67 mg/L质量浓度时是复合材料性能最佳的水平。     

马来松香对木粉/HDPE复合材料流变性质的影响

用马来松香对木粉进行流动性能改善处理,与高密度聚乙烯(HDPE)熔融复合,挤出成型制备木粉/HDPE复合材料(WF-HDPE).利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)技术,分析经马来松香改性前后木粉表面官能团的变化和元素的变化,采用旋转流变仪研究.WF-HDPE的流变行为.FrIR与XPS分析表明,马来松香分子中的酸酐基团与木粉表面的羟基发生了酯化反应,并且马来松香是以单酯的形式接枝到木粉表面,同时产生一游离羧基.WF-HDPE流变学研究表明:复合材料的复合黏度(η*)、储能模量(G′)和损耗模量(G″)随马来松香用量的增加先减小后增大最后减小,但体系的黏度和模量总体呈下降趋势,木粉经马来松香改性后复合熔体的流变性能显著改善,这不仅有利于提高复合材料的成型加工效率,而且适当的马来松香处理也能够提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度,后者被静态力学试验结果所证实.     

等温结晶对杨木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

【目的】研究等温结晶处理对木纤维/聚乳酸复合材料结晶、物理和力学性能的影响,为提高聚乳酸复合材料的加工和使用性能提供依据。【方法】采用热压成型方式制备纯聚乳酸板材和杨木纤维(WF)/聚乳酸(PLA)复合材料,在冷却过程中将材料置于不同温度(90、100、110、120和130℃)下进行等温结晶处理,通过示差扫描量热仪(DSC)分析PLA及其复合材料的结晶度和熔融特性,利用偏光显微镜(POM)观察等温结晶处理条件下PLA的结晶过程,结合结晶形态分析等温结晶处理对PLA结晶性能的影响。基于扫描电镜(SEM)和凝胶色谱仪(GPC)等测试手段表征材料的微观结构和分子质量,分析其对材料物理力学性能的影响。【结果】等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度分别由4.6%和15.1%提高至24.8%和40.5%;经90、100和110℃等温结晶处理后,WF/PLA复合材料的冲击断面与未处理WF/PLA复合材料相比,明显有长纤维从PLA基体中拔出,等温结晶处理弱化了WF与PLA界面结合;等温结晶处理后,PLA分子质量有所下降;POM测试显示,晶体尺寸随着结晶温度升高而增大;与未处理材对比,等温结晶处理后纯PLA板的弯曲性能和拉伸强度均得到提高,WF/PLA复合材料的弯曲弹性模量增加,但弯曲强度和拉伸强度在多数处理条件下都有所降低。【结论】等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度均提高,且木纤维促进晶核生成,WF/PLA复合材料的结晶度增加更多;等温结晶温度低,晶体尺寸变小,等温结晶温度高,晶体尺寸变大;等温结晶处理后,纯PLA板的抗弯强度和拉伸强度得到提高,WF/PLA复合材料的力学性能变化规律不明显。等温结晶处理对纯PLA板和WF/PLA复合材料力学性能影响不同,可能与等温结晶处理后弱化WF与PLA界面结合有关。     

竹纤维/聚乳酸可降解复合材料的增塑改性

以竹纤维和聚乳酸(PLA)为原料,乙二醇、甘油、聚乙二醇400、尿素、甲酰胺和柠檬酸酯为增塑剂,通过熔融共混法制备了竹纤维/PLA可降解复合材料。探讨了一元增塑、二元复合增塑和三元复合增塑对竹纤维/PLA复合材料拉伸强度、抗弯强度、断裂伸长率和耐水性能的影响。试验结果表明,不同增塑剂对竹纤维/PLA复合材料的增塑效果不同,甘油增塑复合材料的拉伸强度和抗弯强度最大,甲酰胺增塑复合材料的断裂伸长率最大,柠檬酸酯增塑复合材料的耐水性能最优。二元复合增塑具有协同增塑效果,甘油/柠檬酸脂复合增塑竹纤维/PLA复合材料的拉伸强度和抗弯强度最大,乙二醇/甲酰胺复合增塑竹纤维/PLA复合材料的断裂伸长率最大,乙二醇/柠檬酸酯复合增塑竹纤维/PLA复合材料的耐水性能最优。三元复合增塑在获得较好相容性的同时,复合材料的韧性明显提高,甘油/柠檬酸酯/乙二醇、甘油/柠檬酸脂/甲酰胺复合增塑竹纤维/PLA复合材料不仅具有较高的强度,且断裂伸长率和耐水性能均较好,优于一元和二元增塑效果。     

马来酸酐接枝PP/PE共混物及其木塑复合材料

通过聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)机械混合来模拟废旧塑料混合物,利用马来酸酐(MAH)对PP/PE混合物进行接枝改性,然后以接枝共混物作为基体与木纤维复合制备木塑复合材料。通过对比接枝前后的红外光谱图,证明MAH已成功接枝在PP/PE共混物上。力学测试结果显示:基体经过接枝改性后,复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度均大幅度升高,当MAH用量为1%时,弯曲强度提高了50.4%,无缺口冲击强度提高了90.8%,而以废旧塑料为原料制备的复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度分别提高40.2%和53.4%。微观相形态分析表明:通过接枝改性不仅改善了PP/PE共混体系的相容性,同时也显著改善了木纤维与PP/PE共混物之间的界面结合状况,因而宏观上表现为力学性能提高。这表明,共混接枝改性方法可能是利用混合废旧塑料制备高性能木塑复合材料的一条可行途径。     

改性木质素增强木塑复合材料及其性能

以碱木质素为研究对象,通过对其进行羟甲基化改性,再将改性后的碱木质素、桉木粉、高密度聚乙烯以及助剂,通过熔融混炼、挤出造粒、热压成型的方法制备木塑复合材料(WPC)。利用红外光谱研究了木质素改性前后化学基团的变化,并对改性木质素制备的木塑复合材料力学性能、吸水性能、动态热机械性能进行测定分析。结果表明:羟甲基化改性能够使羟甲基接入到苯环酚羟基的邻位或对位上,改性木质素制备的木塑复合材料试件的静曲强度、拉伸强度、冲击强度都得到了明显的提高,最高静曲强度提高了37.68%,拉伸强度提高了51.50%,冲击强度提高了40.04%。热分析表明含木质素的木塑复合材料体系各组分之间具有较好的相容性,能够形成均一的体系。通过断面微观形貌的观察可知,改性木质素制备的木塑复合材料断面更为密实均匀。腐朽试验证明,改性木质素制备的木塑复合材料体现出了更好的耐腐性。综合考虑多项指标,在反应温度为90℃、木质素与甲醛质量比为3∶1和6∶1的改性条件下,改性木质素制备的木塑复合材料性能较佳。     

层状α-磷酸锆的有机改性及其与聚乳酸复合材料研究

通过对层状α-磷酸锆进行二次改性,制备具有力学性能改善的聚乳酸复合材料。首先合成一种新型阳离子插层剂十一烷醇三甲基溴化铵(UHTB),并将其用于层状化合物α-磷酸锆(α-ZrP)的改性,制备得到UHTB与α-ZrP杂化物(UHTB-ZrP),然后,利用丙交酯原位聚合对UHTB-ZrP进行表面接枝改性,得到二次改性层状α-MZrP,进而采用溶液浇铸法制备聚乳酸/有机改性α-磷酸锆复合材料(PLA/MZrP)。分别用红外光谱分析仪、激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、旋转流变仪和热重分析仪等对层状α-ZrP的插层过程、微观结构以及PLA/MZrP复合材料的流变性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:经过一次改性可获得层间距达到1.40 nm的UHTB-ZrP,经两步改性可获得层间距达3.80 nm的MZrP,这种纳米片层能均匀分散在PLA基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。当添加质量分数为1%的MZrP时,PLA/MZrP复合材料的拉伸强度从31.3 MPa提高到53.5 MPa,比纯PLA提高了70.9%,而复数黏度则随着MZrP含量的增加而显著降低。当添加质量分数为3%的MZrP时,在170℃10 Hz时其复数黏度从968.1 Pa·s降低到78.7 Pa·s,比纯PLA降低了91.9%。此外,添加少量的MZrP后,PLA/MZrP复合材料的热稳定性也得到一定的改善。     

长链酰胺化纳米纤维素增强聚乳酸复合材料

以纳米纤维素(NCC)为原料,先采用四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化制备氧化纳米纤维素(TONC),再与不同链长脂肪胺在催化剂作用下发生反应,得到脂肪胺改性纳米纤维素,当脂肪胺为十二胺(DOA)、十四胺(TEA)、十六胺(HEA)、十八胺(OCA)时,分别制得DOATONC、TEATONC、HEATONC和OCATONC。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和元素分析表明:脂肪链接枝成功,改性后纳米纤维素的晶形没有发生改变,为原有Ⅰ型晶型;接触角和分散性测试表明:随着脂肪链的增长,改性纳米纤维素表面的亲水性明显下降(接触角由65.8°上升至93.9°),而分散率由25.17%先降至11.97%,再升至71.71%。将1%的改性纳米纤维素添加到聚乳酸(PLA)中制得复合膜,机械性能测试结果表明:随着脂肪链的增长,复合膜的机械性能明显提高,其中PLA/OCATONC复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到40.2 MPa和6.39%。     

有机蒙脱土协同壳聚糖基膨胀型阻燃剂阻燃聚乳酸研究

为改善聚乳酸的阻燃性能,利用植酸改性壳聚糖(PAMC)与三聚氰胺磷酸盐(MPP)复配得到一种新型膨胀型阻燃剂(IFR)体系,并将有机蒙脱土(OMMT)作为协效剂,通过熔融共混法制备阻燃聚乳酸(PLA)复合材料(PLA/PAMC/MPP/OMMT)。通过极限氧指数(LOI)、锥形燃烧量热(CONE)测试、垂直燃烧法(UL-94)和热重分析(TGA)测试分析复合材料的阻燃性能、燃烧性能和热稳定性能。采用扫描电镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)对复合材料的炭渣进行分析,研究了OMMT与PAMC/MPP在PLA复合材料中的阻燃协效作用。结果表明:与纯PLA相比,添加质量分数为25%的PAMC/MPP后,PLA2的LOI值、UL-94等级和800℃时的残炭量分别由21、NR和0.61%增至27.5、V-1级和17.28%,HRR曲线的峰值(PHRR)和总热释放量(THR)值分别由533.5 k W/m~2和81.7 MJ/m~2下降至270.2 k W/m~2和63.7 MJ/m~2。当添加质量分数为0.5%的OMMT后,PLA3的LOI值和残炭量继续增加至30.0和18.58%,PHRR和THR值进一步下降至251.6 k W/m~2和60.6 MJ/m~2,UL-94等级达到V-0级,且熔融滴落现象消失。OMMT与PAMC/MPP之间存在较好的协同效应,可有效改善PLA复合材料的阻燃性能,本研究结果可为制备绿色阻燃PLA复合材料提供理论依据。     

不同制备工艺对木纤维/聚乳酸复合材料性能影响

采用双螺旋挤出成型、模压成型和注塑成型3种不同成型工艺制备木纤维/聚乳酸复合材料,通过对比不同制备方法对复合材料密度、静曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击韧性的影响可知:使用挤出成型方法制备的木纤维/聚乳酸复合材料的密度最大,各项物理力学性能也显著高于使用注塑法和模压成型制备的复合材料试件。     

EPDM-MA对木粉/聚丙烯复合材料性能的影响

采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组,以挤出的方式制备木粉/聚丙烯复合材料。主要采用静态力学试验、动态力学热分析(DMTA)和扫描电子显微镜(SEM)观察等方法,研究了马来酸酐改性的三元乙丙橡胶(EPDM_MA)对木粉/聚丙烯复合材料的静态力学性能、动态力学性能和吸水性能的影响。静态力学性能试验结果表明:添加适量的EPDM_MA有利于提高木粉/聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度,冲击强度的提高最为显著,但EPDM_MA的添加对复合材料的模量有不利影响。动态力学性能分析结果表明:复合材料的储能模量(E′)和损耗因子(tanδ)的峰值均随EPDM_MA加入量的增加而降低,后者说明EPDM_MA改善了木粉与聚丙烯的界面结合;EPDM_MA的加入,使得复合材料的主转变温度略向高温方向移动,并且在-50℃左右的低温区出现了次级转变峰,表明EPDM_MA对复合材料的热性能产生影响,尤其有利于改善其耐低温冲击性能。SEM研究结果表明:EPDM_MA的添加不仅提高了木粉和聚丙烯的界面结合,并且以直径约为0·1~1μm的球状粒子形态分散于聚丙烯中,能够通过自身的塑性变形而提高复合材料的抗冲击性能。EPDM_MA的添加,有效降低了复合材料的吸水性。     

硫化镉@聚苯胺/纤维素纤维的光催化活性

聚苯胺(PANI)在纤维素纤维(CFs)上原位沉积后,利用PANI/CFs对Cd~(2+)的强吸附作用,原位制备CdS@PANI/CFs复合材料,并用FT-IR、XRD和SEM-EDX对复合材料进行了表征。研究发现:PANI的介入极大地提高了CdS纳米粒子的原位沉积,所制备的CdS@PANI/CFs复合材料在可见光条件下光催化降解亚甲基蓝(MB),在相同CdS沉积量时,CdS@PANI/CFs复合材料的MB降解率约为CdS@CFs复合材料的1.5倍,表明PANI对MB的光催化降解具有显著的增强效应。探究了光降解过程中不同条件(MB质量浓度、光催化剂用量及利用次数)对MB降解率的影响,结果显示:随着MB质量浓度的升高,MB降解率降低;当MB质量浓度为10、15、20和30 mg/L时,5 h时MB降解率分别为90.37%、84.15%、77.35%和58.53%;光催化降解400 mL、20 mg/L MB的最佳催化剂用量为0.4 g;CdS@PANI/CFs复合材料经3次利用5 h的MB降解率仍达到80.36%,展现出良好的重复利用性。     

木纤维含量对注塑成型木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

利用注塑成型的工艺方式制备木纤维/聚乳酸(PLA)复合材料,研究了较高木纤维含量对木纤维/PLA复合材料力学性能的影响。研究发现,木纤维的加入对复合材料体系的力学性能有显著的影响。加入木纤维后,复合材料的弯曲强度和拉伸强度都有微小的降低,弹性模量和拉伸模量有显著提高;但随着加入木纤维含量的提高,复合材料体系弯曲强度和拉伸强度会有所回升。     

麦秸/聚乙烯复合材料的研究

以麦秸粉和高密度聚乙烯为主要原料,采用挤出成型方式制备生物质/塑料复合材料的试验结果表明,随着麦秸粉用量的增加,所制成复合材料的弯曲强度、冲击强度、抗拉强度呈下降趋势;麦秸粉粒度为-40 60目时,上述各指标达到最大值;随着MAPE用量的增加,复合材料的弯曲强度和抗拉强度增大,但对冲击强度影响较小.     

三种竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料的物理力学性能及相容性研究

以聚乳酸(PLA)、竹粉为主要原料,通过双螺杆挤出工艺制备竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料,研究了不同目数的竹粉及马兰酸酐接枝前后竹粉对竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料的物理力学性能及相容性的影响。结果表明:同40目竹粉相比,采用100目竹粉、经马兰酸酐接枝后的竹粉制备的竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料物理力学性能更高、同时流动性得到明显改善,主要原因是由于100目竹粉及经马兰酸酐接枝后,竹粉和聚乳酸(PLA)相容性得到明显提高。     

聚氯乙烯/聚乙烯蜡接枝马来酸酐/竹粉复合材料制备的研究

用自制的聚乙烯蜡接枝马来酸酐(PEW-g-MAH)改性竹粉填充聚氯乙烯(PVC),制备PVC/PEW-g-MAH/竹粉复合材料.通过正交设计法探讨PEW-g-MAH接枝率及用量、竹粉粒径及用量对复合材料力学性能的影响.结果表明,在100gPVC中,加入用0.3g接枝率为1.16%的PEW-g-MAH改性的0.425mm竹粉30g,可得到力学性能较好的PVC/PEW-g-MAH/竹粉复合材料.其拉伸强度和缺口冲击强度分别由添加等量未改性竹粉体系的28.6MPa和3.05kJ/m2提高到30.01MPa和3.86kJ/m2.     

竹粉内部塑化/LDPE复合材料热融合稳定性的研究

采用氢氧化钠作润胀剂和催化剂,氯化苄为醚化剂对竹粉进行内部塑化改性。在不同反应条件下,得到了不同接枝率的塑化竹粉,并比较了相同温度、湿度及不同温度条件下竹粉的质量吸湿率与极限吸湿率。结果表明,塑化竹粉吸湿率显著低于未处理竹粉,表现出很好的憎水性。当竹粉质量增重率为64.2%时,其吸湿质量增重率仅为4.84%,温度对竹粉质量吸湿率无显著性影响;将其分别与聚乙烯混合热压得到复合材料,SEL结果表明塑化竹粉与聚乙烯可形成良好的界面融合;塑化竹粉/聚乙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度比未处理的复合材料高。当塑化竹粉添加量为30%时,拉伸强度提高23.83%,弯曲强度提高25.91%。塑化竹粉/聚乙烯复合材料具有很好的热融合稳定性。     

新型酚醛树脂改性大豆蛋白基胶黏剂的研究

以脱脂大豆粉为原料制备大豆蛋白基胶黏剂(豆胶,S),以普通甲醛制备的酚醛树脂(PF_1)和高浓度甲醛制备的酚醛树脂(PF_2)为交联剂,使用前将两者直接混合得酚醛树脂改性豆胶(PF_1/S、PF_2/S)。利用差示扫描量热(DSC)、红外光谱(FT-IR)、动态热机械性能(DMA)和核磁共振碳谱(~(13) C NMR)分析对产品性能进行了测试与表征。结果表明:等物质的量之比条件下,高浓度甲醛较之普通甲醛制备的酚醛树脂改性豆胶胶合板干、湿剪切强度分别提高4.3%和11.6%,并且强度稳定性好;动态DSC分析表明,PF_2可以降低豆胶体系的固化温度和活化能,与豆胶的交联反应较容易;~(13) C NMR分析表明,PF_2体系羟甲基达88.73%,明显高于PF_1的80.91%;FT-IR分析证实酚醛树脂与豆胶中的氨基发生反应,并且PF_2反应效率更高;DMA分析表明,PF_2/S能够改善胶合产品的力学性能和热稳定性,降低豆胶的固化反应起始温度,提高固化反应速率。