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乙酰木粉基热塑性复合材料的制备与性能研究

作　者: 张明明
导　师: 金立维
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 应用化学
关键词: 乙酰化木粉酯化环保型增塑剂双螺杆挤出注塑
分类号: TQ352
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，随着环境污染的日益加重，环境友好型材料越来越受到人们的关注与支持。在这个前提下，天然植物资源与传统材料复合制备生物质复合材料已成为新的研究热点，这同时也是复合材料科学发展的必然趋势，其应用前景非常广阔。木粉是自然界最丰富的可再生资源，它来源广泛，价格低廉，对环境无污染，因此其开发应用是生物质材料领域研究的热点之一。本实验对木粉进行酯化处理，得到乙酰化木粉（AWF），AWF、传统的塑料粒子及环保型增塑剂通过挤出、注塑的工艺制备复合材料。与传统的木塑材料相比，以期在材料的疏水性和热稳定性及加工性能方面得到改善。利用生物质制备综合性能优良、性价比高、对环境友好的高分子新材料提供新的途径。论文的主要研究内容和结论如下：首先对AWF的制备过程进行了研究。讨论了活化温度、活化时间、反应时间、温度及物料配比等因素对酯化反应程度和产物性能的影响。研究得出的适宜工艺条件为：活化条件：冰醋酸/木粉=8/1，活化温度40℃，活化时间2h；酯化条件：醋酸酐/木粉=4/1，高氯酸/木粉=1/8，乙酰化温度50℃，乙酰化时间2h。采用红外光谱（FT-IR）、X-射线衍射（XRD）、核磁共振碳谱（13C-NMR）、热重分析（TG）等表征了产物的结构和性能，乙酰基引入，降低了纤维素的结晶度，材料的热稳定性得到提高；通过双螺杆挤出、注塑工艺制备AWF与低密度聚乙烯（LDPE）、聚乳酸（PLA）共混材料，采用吸水率测定、接触角及表面能计算、热重分析（TG）、动态力学热分析（DMA）、扫描电镜（SEM）等表征共混材料的力学性能、耐水性能、热学性能和形态结构。比较看出AWF共混材料相对WF的共混材料其具有更好的疏水性能，吸水率降低了接近80%，同时AWF共混材料的热稳定性在一定程度上得到了提高。力学性能测试表明AWF共混材料在加工过程中的黏度、扭矩等相对较小，说明其具有较好的加工特性。DMA显示AWF共混材料具有较宽的玻璃转变温度区间，说明材料的柔性相对较高。研究了二醋酸甘油酯（GD）、三醋酸甘油酯（GT）、柠檬酸三乙酯（TEC）、柠檬酸三丁酯（TBC）四种环保型增塑剂对AWF/LDPE共混材料的改性。添加增塑剂后共混材料的加工性能都得到了不同程度的改善，加入增塑剂的比例超过20%时，材料的断裂伸长率明显得到提高，其中以二醋酸甘油酯在20%时添加量时力学性能相对最好；共混材料的热学性能研究中，增塑剂的加入，扩宽了共混材料玻璃转变温度区间变宽，提高了材料的可塑性。同时对增塑剂的迁移研究中得出，柠檬酸三丁酯具有较好的稳定性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-16
第一章绪论  16-27
  1.1 引言  16-17
    1.1.1 研究背景  16-17
    1.1.2 项目来源与经费支持  17
  1.2 国内外研究现状  17-23
    1.2.1 植物纤维/塑料共混  17-19
    1.2.2 工艺应用  19-21
    1.2.3 木质纤维改性处理  21
    1.2.4 木质纤维的酯化改性处理  21-23
  1.3 研究目标和主要研究内容  23-25
    1.3.1 研究目标  23
    1.3.2 主要研究内容  23-25
  1.4 研究技术路线  25-26
  1.5 主要创新点  26-27
第二章乙酰化木粉的合成研究  27-50
  2.1 引言  27
  2.2 实验部分  27-29
    2.2.1 原料和试剂  27-28
    2.2.2 乙酰化木粉的合成  28
    2.2.3 乙酰化木粉的表征  28-29
  2.3 结果与讨论  29-48
    2.3.1 木粉酸活化  29-31
    2.3.2 木粉乙酰化  31-35
    2.3.3 结构表征和性能表征  35-48
  2.4 本章小结  48-50
第三章乙酰化木粉复合材料的制备及性能测试  50-71
  3.1 引言  50
  3.2 实验部分  50-53
    3.2.1 原料  50
    3.2.2 主要仪器与设备  50-51
    3.2.3 双螺杆挤出过程  51-52
    3.2.4 共混粒子注塑成型  52
    3.2.5 复合材料的性能表征  52-53
  3.3 结果与讨论  53-70
    3.3.1 复合材料加工过程性能比较  53-55
    3.3.2 材料的疏水性能分析  55-59
    3.3.3 共混材料的流变性能分析  59-60
    3.3.4 共混材料动态热机械性能曲线  60-61
    3.3.5 差示扫描量热分析 DSC  61-64
    3.3.6 共混材料热重分析  64-67
    3.3.7 拉伸性能分析  67-68
    3.3.8 微观形态分析  68-70
  3.4 本章小结  70-71
第四章增塑剂对 AWF/LDPE 复合材料的性能影响  71-89
  4.1 引言  71
  4.2 实验部分  71-74
    4.2.1 主要原材料  71-72
    4.2.2 主要仪器与设备  72
    4.2.3 复合材料的制备  72-73
    4.2.4 复合材料的性能表征  73-74
  4.3 结果与讨论  74-87
    4.3.1 复合材料加工过程性能比较  74-75
    4.3.2 材料的疏水性能  75-78
    4.3.3 共混材料拉伸力学性能  78-80
    4.3.4 动态力学性能分析  80-82
    4.3.5 增塑剂迁移  82-84
    4.3.6 共混材料的热解行为  84-86
    4.3.7 不同种类增塑剂共混材料的拉伸断面形貌  86-87
  4.4 本章小结  87-89
第五章结论与讨论  89-91
  5.1 结论  89-90
  5.2 讨论  90
  5.3 展望  90-91
参考文献  91-96
在读期间的学术研究  96-97
致谢  97

乙酰木粉基热塑性复合材料的制备与性能研究

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