淀粉/木粉复合材料的制备与性能研究

以淀粉和木粉为原料,甘油为增塑剂,通过挤出成型制备淀粉/木粉可生物降解复合材料,重点研究淀粉/木粉混合比例对复合材料性能的影响。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析（TGA）对复合材料进行表征,并对复合材料的力学性能和吸水性能进行测试。实验结果表明：木粉的加入破坏热塑性淀粉的连续性,使复合材料的结晶度增大。复合材料的拉伸强度、吸水率和吸水厚度膨胀率随着木粉比例增大逐渐增大,断裂伸长率却逐渐降低。TGA测试结果表明,随着木粉加入比例增大,复合材料的热分解起始温度逐渐降低,但热分解的终止温度逐渐升高,淀粉和木粉两相依赖性逐渐减弱。     

蓖麻油基含硅阻燃增塑剂的合成及其在聚氯乙烯中的应用

为提高增塑剂的阻燃性能,以可再生资源蓖麻油合成了一种蓖麻油基含硅阻燃增塑剂(Si-ECO),并将其应用到聚氯乙烯(PVC)中。首先将蓖麻油与三甲基氯硅烷反应得到中间体(Si-CO),再与双氧水、甲酸等进行环氧化得到最终产品。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(~1H NMR)对分子结构进行表征。将该蓖麻油基含硅增塑剂与PVC以及其他助剂进行共混注塑,得到不同含量Si-ECO的PVC树脂。以动态机械分析(DMA)、热重(TG)以及极限氧指数(LOI)等方法测试共混树脂的热力学性能和阻燃性能;以万能力学试验机表征力学性能。试验结果表明:随着Si-ECO阻燃增塑剂含量的增加,其热稳定性有所提高,同时残炭量也增加到4.72%;通过DMA分析可知,该蓖麻油基增塑剂Si-ECO与PVC具有良好的相容性,且能有效提高树脂的阻燃性能,体系的LOI从25.0增加到30.7,热释放速率(HRR)和总释放热(THR)分别为263.14 k W/m^2和29.5 MJ。以蓖麻油为基础合成具有阻燃功能的增塑剂具有广阔的发展前景。     

动态力学分析技术在木材科学研究领域的应用

动态力学分析技术(DMA)通过材料的结构和分子运动状态表征材料的力学性能。木质材料的力学性能本质上是分子运动状态的反映,利用DMA可以架构其结构与性能之间的关系,获得木质材料的结构、分子运动及其转变等重要信息。分别总结了DMA在实体木材和木质复合材料中的应用:围绕实体木材,综合评述了DMA在分析木材材性、软化行为、机械吸湿效应以及早期腐朽程度方面所取得的研究进展;针对木质复合材料,重点介绍了DMA在分析其阻尼性能、胶合性能、界面相容性能和耐老化性能等方面的应用。建议今后的研究重点从以下3个方面展开:1)考虑到实体木材自身组织结构的复杂性以及易受环境影响等特点,采用DMA分析仪不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,在一定温湿度场中系统研究实体木材的材性与软化行为和机械吸湿效应的关系。2)利用DMA分析仪的单纤维拉伸模式,探索单根纤维(管胞、木纤维细胞)的黏弹行为,进一步明晰木质材料微观黏弹性能的响应机制。3)联用振动光谱(红外光谱或拉曼光谱),实现同步实时观察木质材料形变过程中组成分子的化学键或官能团的变化及响应,进而从分子水平揭示木质材料的形变规律。     

豆油基聚酯塑化聚氯乙烯的热性能和迁移性能研究

使用大豆油经醇解、酯化和缩合反应制备了豆油基聚酯,采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对该豆油聚酯产品的化学结构进行了表征,将其与邻苯二甲酸二辛酯复配使用增塑聚氯乙烯(PVC),经热塑共混成型制备塑化PVC共混物,对共混物的热性能、耐迁移性能和力学性能进行了测定。研究发现:该豆油基聚酯的相对分子质量为3 541、黏度2.7 Pa·s、酸值1.02 mg/g。聚酯产品可将PVC共混物的热分解温度提高到256.1℃,拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.5 MPa和230.3%;豆油基聚酯复配DOP塑化PVC,可将增塑剂在蒸馏水、乙酸溶液、乙醇溶液、石油醚和橄榄油的迁移率分别降低到0.18%,0.22%,0.28%,0.83%和0.34%;聚酯增塑剂优异的耐迁移性能可使聚氯乙烯制品的力学性能和热性能等长期稳定,也可降低由于增塑剂迁移到人体所带来的潜在危害。     

橡实淀粉粘度特性的研究

研究了淀粉乳质量浓度、pH值、温度、盐和常用食品添加剂等对橡实淀粉粘度的影响,结果表明:淀粉质量浓度增加,橡实淀粉的粘度呈幂次方上升;酸碱都能不同程度地降低橡实淀粉的粘度;温度升高,橡实淀粉的粘度逐渐降低;不同盐、添加剂的种类和质量浓度对橡实淀粉的粘度有极显著影响;测试转速的加快,各种橡实淀粉的粘度均迅速下降;橡实淀粉糊是非顿流体.     

稻秸/淀粉胶复合材料性能研究

为充分利用农作物废弃物,研究环境友好材料,通过热压成型方法制备稻秸/淀粉胶全降解复合材料。研究了预处理、胶黏剂、增塑剂和阻湿剂含量对复合材料内结合强度(IB)、弯曲强度(FS)、弯曲弹性模量(MOE)、冲击韧性(IR)、拉伸强度(TS)、拉伸模量(MOR)、含水率及2h吸水厚度膨胀率的影响,并观察了复合材料细观表面。结果表明:水热处理复合材料力学性能除IB外均较高;含胶量为10%时力学性能除MOR外均较高;1%增塑剂提高了IB、FS及TS,2%增塑剂提高了IS,增塑剂对MOE和MOR有负面影响;阻湿剂降低了复合材料力学性能。增塑剂、阻湿剂均能不同程度的增大复合材料MC。复合材料2h吸水厚度膨胀率大,防水性能差。复合材料基体和增强体两相界面结合存在明显缝隙、空洞及分层现象。     

腰果酚二醚曼尼希碱固化剂的合成及其相分离现象研究

腰果酚(CD)和1,3-二溴丙烷经Williamson醚化反应得到一种腰果酚二醚化合物(CDE),然后以CDE、多聚甲醛和二乙烯三胺为原料,经Mannich反应制备得到一种浅色的腰果酚二醚曼尼希碱固化剂(MBCDE)。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(~1H NMR)表征了产物的化学结构,并与氨乙基哌嗪(AEP)进行对比研究其相关性能。通过热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和力学性能测试研究了两种固化剂与双酚A环氧树脂(DGEBA)固化材料的相关性能。结果表明:MBCDE/DGEBA的最大分解温度为351.6℃,具有良好的热稳定性。AEP/DGEBA环氧固化物的冲击强度为3.641 J/m,而添加80%的MBCDE后固化物的冲击强度则为5.155 J/m,提高了41.6%。SEM分析结果表明MBCDE固化材料中存在相分离。     

含磷型聚合甘油脂肪酸酯阻燃增塑剂的制备与应用

为了提高油脂增塑剂的阻燃性,开发以生物柴油副产粗甘油为直接原料的高附加值产品,以粗甘油、油酸和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为主原料,经聚合、酯化、环氧化和开环反应,合成含磷型大分子阻燃增塑剂DOPO-环氧乙酰化聚合甘油脂肪酸酯(DOPO-EAPFAE),并通过红外谱图(FT-IR)和核磁共振(~1H NMR)确认了其结构。研究了DOPO-EAPFAE用量对聚氯乙烯(PVC)体系力学性能的影响;通过对PVC样条的热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)测定和垂直燃烧测试等,分析了PVC制品的热稳定性和阻燃性能。结果表明:当DOPOEAPFAE代替邻苯二甲酸二辛酯(DOP)用量为60%时,PVC样条仍具有良好的力学性能;而LOI从21.3上升到了28.7,阻燃级别达到V0级;说明该阻燃增塑剂可有效地改善PVC增塑体系的阻燃性。与小分子阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)相比,DOPO-EAPFAE阻燃性不仅优于TCPP,而且具有更好的热稳定性能。     

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。     

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。