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稻草/聚乳酸复合材料的制备及其界面改性研究

作　者: 秦利军
导　师: 邱建辉
学　校: 兰州大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 复合材料稻草聚乳酸界面相容性硅烷偶联剂邻苯二甲酰化壳聚糖接枝聚乳酸聚丙烯酸丁酯
分类号: TQ320.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由天然植物纤维和可生物降解塑料制备生物降解复合材料是本世纪新的研究热点,也是复合材料科学发展的必然趋势。该材料是一种完全环境友好型的材料,具有非常广阔的应用前景。本论文以稻草粉(RSF)为填料,聚乳酸(PLA)为基体制备了完全可生物降解复合材料,并且通过一些界面改性的方法,系统地研究了其界面相容性、力学和热力学性能。具体包括以下几个方面的内容：1.制备了一系列不同稻草添加量的PLA复合材料,同时选定了一种RSF和PLA的复配方式(RSF的添加量为复合材料质量的10%)作为改进复合材料界面相容性实验的基础。拉伸实验结果表明RSF的加入降低了复合材料的强度,并且RSF含量越高,强度降低得越明显；通过扫描电子显微镜(SEM)和吸水率实验发现随着RSF含量的增大,RSF和PLA的界面相容性变差；热重分析(TGA)显示RSF的加入降低了复合材料的热稳定性；示差扫描量热仪(DSC)的结果表明少量RSF的加入可以起到成核剂的作用,提高PLA的结晶度。2.研究了硅烷偶联剂的添加量和种类对RSF/PLA复合材料界面相容性的影响。拉伸实验结果表明,KH-550的添加量为RSF质量的2%时,复合材料具有最高的拉伸强度,相比于空白试验提高了27.3%,在此添加量下和KH-560、KH-570两种偶联剂进行了对比研究,结果发现KH-550的改性效果最好；SEM和吸水率实验发现,此三种硅烷偶联剂的加入提高了复合材料的界面相容性；TGA结果表明硅烷偶联剂的加入提高了复合材料的热稳定性；DSC分析显示偶联剂的加入阻碍了PLA的结晶,降低了复合材料的结晶度。3.研究了相容剂邻苯二甲酰化壳聚糖接枝聚乳酸(PHCS-g-PLA)对RSF/PLA复合材料界面相容性的影响。FTIR和X射线衍射分析仪(XRD)分析结果表明相容剂PHCS-g-PLA制备成功；此相容剂的添加量为复合材料的7%时有最大的拉伸强度,相比于空白实验提高了25%；SEM和吸水率实验发现PHCS-g-PLA的加入改善了复合材料的界面相容性；TGA分析显示PHCS-g-PLA的加入没有提高复合材料的热稳定性；DSC的结果表明此相容剂的加入阻碍了PLA的结晶,降低了复合材料的结晶度。4.研究了聚丙烯酸丁酯(PBA)包覆改性稻草(MRSF)对RSF/PLA复合材料界面相容性的影响。MRSF的FTIR和SEM的分析结果表明PBA通过悬浮聚合的方法成功地包覆到RSF上；PBA包覆量在W(%)=7.98时有最大的拉伸强度,相比于空白实验,其拉伸强度提高了25%；SEM结果表明PBA包覆量在W(%)=7.98时有好的界面相容性；通过吸水率实验可以发现用疏水性的PBA改性RSF的复合材料有较低的吸水率；TGA分析显示PBA的加入明显提高了复合材料的热稳定性,并且在研究范围内PBA含量越高效果越好；DSC结果表明PBA的加入阻碍了PLA的结晶,降低了复合材料的结晶度。综上,本论文所采用的三种界面改性方法各有特点,可按需选择。以RSF添加量为复合材料质量的10%作为改性基础,证明以上改性方法可行,以后RSF的添加量还要达到30%或者更多。RSF/PLA复合材料虽然目前还处在基础研究阶段,但是有可能运用到农业、一次性用品和包装材料等领域。

全文目录

中文摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章文献综述  11-34
  1.1 引言  11
  1.2 天然植物纤维/生物基降解塑料复合材料的研究意义和国内外研究进展  11-16
    1.2.1 天然植物纤维/生物基降解塑料复合材料的研究意义  11-13
    1.2.2 天然植物纤维/生物基降解塑料复合材料的国内外研究进展  13-16
  1.3 稻草的研究现状  16-18
  1.4 聚乳酸的研究现状  18-22
    1.4.1 聚乳酸概述及其特性  18-19
    1.4.2 聚乳酸的合成及性能  19-20
    1.4.3 聚乳酸的国内外研究进展及应用  20-22
  1.5 天然植物纤维/生物基降解塑料复合材料界面相容性的研究现状  22-26
    1.5.1 天然植物纤维的表面改性  23-24
    1.5.2 树脂基体的表面改性  24
    1.5.3 添加合适的界面改性剂  24-26
    1.5.4 加工工艺的影响  26
  1.6 本学位论文选题指导思想  26-28
  参考文献  28-34
第二章稻草/聚乳酸复合材料的制备  34-45
  2.1 引言  34
  2.2 实验部分  34-37
    2.2.1 原料  34
    2.2.2 仪器设备  34-35
    2.2.3 RSF/PLA复合材料的制备  35-36
    2.2.4 RSF/PLA复合材料的性能测试和表征  36-37
  2.3 结果与讨论  37-42
    2.3.1 拉伸性能  37-38
    2.3.2 形态分析  38-39
    2.3.3 吸水率  39-40
    2.3.4 热重分析(TGA)  40
    2.3.5 差热分析(DSC)  40-42
  2.4 结论  42-43
  参考文献  43-45
第三章硅烷偶联剂对稻草/聚乳酸复合材料的界面改性研究  45-59
  3.1 引言  45-46
  3.2 实验部分  46-49
    3.2.1 原料  46
    3.2.2 仪器设备  46
    3.2.3 添加硅烷偶联剂的RSF/PLA复合材料的制备  46-47
    3.2.4 添加硅烷偶联剂的RSF/PLA复合材料的性能测试和表征  47-49
  3.3 结果与讨论  49-56
    3.3.1 硅烷偶联剂反应机理  49-50
    3.3.2 RSF/PLA复合材料的FTIR表征  50
    3.3.3 拉伸性能  50-52
    3.3.4 形态分析  52
    3.3.5 吸水率  52-54
    3.3.6 热重分析(TGA)  54-55
    3.3.7 差热分析(DSC)  55-56
  3.4 结论  56-57
  参考文献  57-59
第四章邻苯二甲酰化壳聚糖接枝聚乳酸相容剂的合成及其对稻草/聚乳酸复合材料的界面改性研究  59-74
  4.1 引言  59-60
  4.2 实验部分  60-64
    4.2.1 原料  60
    4.2.2 仪器设备  60-61
    4.2.3 添加PHCS-g-PLA相容剂的RSF/PLA复合材料的制备  61-62
    4.2.4 添加PHCS-g-PLA相容剂的RSF/PLA复合材料的性能测试和表征  62-64
  4.3 结果与讨论  64-70
    4.3.1 PHCS-g-PLA的FTIR表征  65
    4.3.2 PHCS-g-PLA的XRD表征  65-66
    4.3.3 拉伸性能  66-67
    4.3.4 形态分析  67
    4.3.5 吸水率  67-68
    4.3.6 热重分析(TGA)  68-69
    4.3.7 差热分析(DSC)  69-70
  4.4 结论  70-71
  参考文献  71-74
第五章聚丙烯酸丁酯包覆改性稻草的制备及其对稻草/聚乳酸复合材料的界面改性研究  74-87
  5.1 引言  74
  5.2 实验部分  74-78
    5.2.1 原料  75
    5.2.2 仪器设备  75
    5.2.3 PBA包覆改性的RSF(MRSF)/PLA复合材料的制备  75-76
    5.2.4 MRSF/PLA复合材料的性能测试和表征  76-78
  5.3 结果与讨论  78-84
    5.3.1 MRSF的W(%)和Y(%)分析  78-79
    5.3.2 MRSF的FTIR表征  79
    5.3.3 MRSF的SEM表征  79-80
    5.3.4 拉伸性能  80-81
    5.3.5 形态分析  81
    5.3.6 吸水率  81-82
    5.3.7 热重分析(TGA)  82-83
    5.3.8 差热分析(DSC)  83-84
  5.4 结论  84-85
  参考文献  85-87
全文总结  87-90
攻读硕士学位期间发表的文章  90-91
致谢  91

稻草/聚乳酸复合材料的制备及其界面改性研究

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