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麦秸秆/淀粉全降解复合材料制备及其性能研究

作　者: 谢煜芳
导　师: 何春霞
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械工程
关键词: 麦秸秆/淀粉复合材料全降解甘油热塑性淀粉
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

节能和环保是当今世界的紧迫要求。开发和利用农作物废弃物等可再生且能降解的复合材料已成为当前研究的热点,是环境友好材料研究领域未来的发展方向,也是农作物废弃物利用和抑制环境污染的有效途径之一。用农作物秸秆和淀粉制备的复合材料,具有其它复合材料无法比拟的质轻价廉、可再生及可生物降解等优点。秸秆淀粉复合材料的研究和应用对我国可持续发展具有重要意义。本课题以甘油为增塑剂,马铃薯淀粉为基体,采用混炼的方法制备热塑性淀粉；以5%的硅烷偶联剂KH550改性的麦秸秆粉为填充材料,以热塑性淀粉为基体,采用模压成型方法制备了甘油含量分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的麦秸秆/淀粉复合材料、麦秸秆填充量分别为：20%、40%、60%、80%的麦秸秆/淀粉复合材料、麦秸秆纤维长度分别为：5mm、10mm、15mm的麦秸秆/淀粉复合材料以及三种不同基体的麦秸秆纤维增强全降解复合材料,对比了不同甘油含量、不同麦秸秆填充量不同麦秸秆纤维尺寸、不同基体对麦秸秆纤维增强全降解复合材料力学性能、硬度、导热性能、吸水吸湿性能和表面微观结构。主要结论如下：(1)用模压成型方法制备麦秸秆/淀粉复合材料,以拉伸强度、弯曲强度为优化目标,采用正交试验设计方法,研究表明：麦秸秆/淀粉全降解复合材料模压成型的最佳工艺参数为：模压温度150℃,模压压力12MPa,模压时间10min。(2)采用60%麦秸秆粉和40%热塑性淀粉制备甘油含量0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%麦秸秆/淀粉复合材料,研究甘油含量对麦秸秆/淀粉复合材料性能影响表明：甘油含量低于10%时,材料表面发黄且性能发脆,降解明显；当甘油含量大于50%时,麦秸秆/淀粉复合材料呈油性,其力学性能差,塑化效果不好。当甘油含量(占淀粉质量的百分数)为40%时,麦秸秆/淀粉全降解复合材料各项性能较优,与不添加甘油相比,其拉伸强度提高了100.72%,断裂伸长率提高了25.50%,弯曲强度提高了116.69%,弯曲模量提高了43.51%,冲击强度提高了101.79%,导热系数降低了2.73%。(3)采用分别与20%、40%、60%、80%的麦秸秆粉(甘油含量为淀粉质量的40%)制备麦秸秆/淀粉复合材料。研究结果表明,麦秸秆填充量为80%时,麦秸秆/淀粉全降解复合材料的综合性能较优,与麦秸秆填充量为20%相比,其拉伸强度提高了317.82%,弯曲强度提高了444.54%,弯曲模量提高了1559.73%,冲击强度提高了9.84%,硬度提高了181.38%,导热系数降低了28.08%。(4)采用麦秸秆纤维尺寸分别为5mm、10mm、15mm(甘油含量为淀粉质量的40%)制备麦秸秆/淀粉复合材料。所制得复合材料表面有附着横竖不一的麦秸秆纤维,很有自然美,表面美观,具有一定的艺术欣赏性,其各项性能分析结果表明,10mm纤维尺寸的麦秸秆/淀粉复合材料的综合性能较优,与纤维尺寸为5mm和15mm相比,其拉伸强度分别提高了267.38%和65.50%,断裂伸长率分别提高了127.27%和0.62%,弯曲强度分别提高了63.65%和10.46%,冲击强度分别提高了9.18%和21.82%,瞬时吸水率分别降低了0.43%和0.85%。(5)采用淀粉胶粘剂、桃胶粉分别与麦秸秆粉制备全降解复合材料(其中麦秸秆粉含量均为60%)。研究结果表明,麦秸秆/桃胶粉全降解复合材料的综合性能较优,与热塑性淀粉和淀粉胶粘剂基体相比,其拉伸强度分别提高了27.20%和799.23%,断裂伸长率分别降低了34.26%和258.51%,弯曲强度分别提高了50.41%和582.47%,弯曲模量分别提高了109.21%和8023.00%。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题研究背景  12-14
    1.1.1 塑料工业的发展及所面临的石油危机和白色污染  12-13
    1.1.2 我国农作物秸秆和森林资源现状  13
    1.1.3 全降解复合材料的提出  13-14
  1.2 淀粉基复合材料  14-21
    1.2.1 淀粉塑料的发展历程  14-16
    1.2.2 淀粉基复合材料国内外研究现状及动态  16-19
    1.2.3 热塑性淀粉国内外研究现状  19-21
    1.2.4 天然生物原料填充热塑性淀粉复合材料的国内外研究现状  21
  1.3 论文研究目的、研究内容及创新点  21-24
    1.3.1 主要研究目的  21-22
    1.3.2 主要研究内容  22
    1.3.3 主要创新点  22-24
第二章麦秸秆/淀粉复合材料的制备及测试方法  24-34
  2.1 热塑性淀粉的制备  24-27
    2.1.1 前言  24-26
    2.1.2 塑化原理  26
    2.1.3 实验材料及设备  26
    2.1.4 热塑性淀粉的制备  26-27
  2.2 麦秸秆/淀粉复合材料的制备  27-30
    2.2.1 试验原料与仪器设备  27-29
    2.2.2 麦秸秆纤维预处理  29
    2.2.3 混料  29
    2.2.4 模压成型工艺  29-30
  2.3 麦秸秆/淀粉复合材料性能测试方法  30-34
    2.3.1 拉伸性能  30-31
    2.3.2 弯曲性能  31
    2.3.3 抗冲击性能  31-32
    2.3.4 硬度  32
    2.3.5 导热性能  32
    2.3.6 吸水性能  32-33
    2.3.7 吸湿性能  33
    2.3.8 微相结构  33-34
第三章模压成型工艺研究  34-40
  3.1 工艺参数计算及初选  34-35
  3.2 试验材料及仪器  35
  3.3 工艺参数优化  35-39
    3.3.1 模压温度对麦秸秆/淀粉复合材料部分力学性能的影响  37-38
    3.3.2 模压压力对麦秸秆/淀粉复合材料部分力学性能的影响  38-39
    3.3.3 模压时间对麦秸秆/淀粉复合材料部分力学性能的影响  39
  3.4 本章小结  39-40
第四章甘油含量对复合材料性能的影响  40-50
  4.1 力学性能  40-42
  4.2 硬度  42-43
  4.3 导热性能  43-44
  4.4 吸水性能  44-45
  4.5 吸湿性能  45-46
  4.6 表面微观结构  46-47
  4.7 切割面微观结构  47-49
  4.8 本章小结  49-50
第五章麦秸秆填充量对复合材料性能的影响  50-58
  5.1 力学性能  50-52
  5.2 硬度  52
  5.3 导热性能  52-53
  5.4 吸水性能  53-54
  5.5 吸湿性能  54-55
  5.6 表面微观结构  55-56
  5.7 切割面微观结构  56-57
  5.8 本章小结  57-58
第六章不同纤维尺寸的麦秸秆纤维对复合材料性能的影响  58-67
  6.1 力学性能  59-60
  6.2 硬度  60-61
  6.3 导热性能  61-62
  6.4 吸水性能  62-63
  6.5 吸湿性能  63-64
  6.6 表面微观结构  64-65
  6.7 切割面微观结构  65-66
  6.8 本章小结  66-67
第七章不同基体种类的秸秆纤维增强全降解复合材料性能对比  67-77
  7.1 试验原料  67
  7.2 桃胶粉简介  67-68
  7.3 模压成型参数  68-69
  7.4 力学性能  69-70
  7.5 硬度  70-71
  7.6 导热性能  71-72
  7.7 吸水性能  72-73
  7.8 吸湿性能  73-74
  7.9 表面微观结构  74-75
  7.10 切割面微观结构  75-76
  7.11 本章小结  76-77
第八章结论与展望  77-79
  8.1 结论  77-78
  8.2 展望  78-79
参考文献  79-84
致谢  84

麦秸秆/淀粉全降解复合材料制备及其性能研究

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