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植物纤维增强热塑性本薯淀粉复合材料的制备与性能研究

钟宇翔

  淀粉是一种来源广泛、价廉物美的天然高分子,具有可生物降解、再生周期短的突出特点,被认为是可以替代传统化石来源的普通塑料,解决日益匮乏的资源问题和“白色污染”的环境污染问题的理想原料。淀粉分子之间存在大量的分子间和分子内氢键,强大的作用力约束了分子链的运动,使得淀粉没有热塑性,不能直接进行热塑性加工。通过增塑剂破坏和减弱淀粉中的氢键,在热合剪切力的作用下,淀粉可制备成热塑性淀粉。一般来说,热塑性淀粉的力学性能和阻燃性能较差,不能满足人们对材料的性能要求。本文使用不同增塑剂制备热塑性淀粉,并使用香蕉纤维、剑麻纤维和氢氧化镁进行增强,增强其力学性能和阻燃性能,拓宽了淀粉和纤维的使用范围,对解决目前我国的环境污染和资源枯竭问题有一定的现实指导意义。 本文对比研究了甘油、甲酰胺和尿素、甲酰胺和双氰胺分别塑化热塑性淀粉(TPS)的塑化加工性能、耐回生性能、微观形貌、力学性能、热稳定性和阻燃性能。甲酰胺和双氰胺在所研究的比例下,均可以使淀粉塑化、形成均一的连续相,是一种新型的增塑剂体系,并且具有优异的阻燃性能。塑化加工性能表明,所研究的增塑剂都能有效地塑化淀粉,出现非牛顿流体特征,即“剪切变稀”。XRD测试显示,甲酰胺和尿素(FU)、甲酰胺和双氰胺(FD)两种热塑性淀粉都有抑制淀粉回生的性能。力学性能测试表明,甲酰胺和双氰胺混合塑化热塑性淀粉(FDPTPS)的强度远远高于甲酰胺和尿素塑化热塑性淀粉(FUPTPS)和甘油塑化热塑性淀粉(GPTPS),但断裂伸长率反之。 甲酰胺是尿素的良溶剂,它们都可以抑制淀粉的回生,质量比为2:1时,在常温下没有尿素结晶,流动性好。FUPTPS具有良好的耐回生作用,塑化加工性能良好,是一种较为理想的基质。以GPTPS为基质,添加香蕉纤维增强,制备香蕉纤维增强热塑性淀粉(BFRTPS),这种材料有良好的加工性能,热稳定性得以提高,且拉伸强度达到14.5MPa。以FUPTPS为基质,添加剑麻纤维增强,制备剑麻纤维增强热塑性淀粉(SFRTPS),这种材料有良好的耐回生性能,热稳定性亦得到提高,拉伸强度达到21.8MPa。以FUPTPS为基质,添加Mg(OH)2增强,制备氢氧化镁增强热塑性淀粉(MHRTPS),这种材料有良好的阻燃性能,热稳定性也得到提高,拉伸强度达到48.2MPa。 分别在BFRTPS和SFRTPS体系中加入Mg(OH)2,进一步增强材料力学性能的同时,阻燃性能得以提升,这是由于Mg(OH)2本身是阻燃剂且能与淀粉或纤维形成分子间氢键。阻燃性能测试显示,GPTPS和FUPTPS都可以在空气中燃烧,加入Mg(OH)2后,能达到UL94V0级,显示出良好的阻燃效果;MHRTPS和FDPTPS本身具有良好的阻燃性能,也能达到UL94V0级。由于双氰胺本身是阻燃剂,亦是增塑剂,使得FDPTPS具备了阻燃性能,是一种新型的、阻燃型基质,具有深入研究的意义。……   
[关键词]:热塑性淀粉;香蕉纤维;剑麻纤维;氢氧化镁;复合材料
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:广西师范学院2010年