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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

作　者: 钟宇翔
导　师: 莫羡忠
学　校: 广西师范学院
专　业: 应用化学
关键词: 热塑性淀粉香蕉纤维剑麻纤维氢氧化镁复合材料
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 96次
引　用: 2次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-32
  1.1 生物降解塑料  11-14
    1.1.1 引言  11-12
    1.1.2 生物降解塑料的定义与分类  12-13
    1.1.3 生物降解塑料的应用  13-14
  1.2 淀粉基生物降解塑料  14-21
    1.2.1 淀粉的来源、结构与性能  14-19
    1.2.2 淀粉基生物降解塑料的定义与分类  19-21
    1.2.3 淀粉基生物降解塑料的应用  21
  1.3 热塑性淀粉复合材料的研究进展  21-30
    1.3.1 淀粉的塑化  21-25
    1.3.2 热塑性淀粉的共混  25-26
    1.3.3 热塑性淀粉的增强  26-27
    1.3.4 热塑性淀粉材料的应用  27-30
  1.4 本论文研究的意义和内容  30-32
    1.4.1 研究意义  30
    1.4.3 研究内容  30-32
第二章木薯淀粉的塑化  32-51
  2.1 引言  32
  2.2 实验部分  32-35
    2.2.1 主要原料及成型加工设备  32-33
    2.2.2 材料的制备  33
    2.2.3 性能测试与表征  33-35
  2.3 结果与讨论  35-49
    2.3.1 塑化加工性能  35-41
    2.3.2 X 射线衍射分析  41-42
    2.3.3 微观形貌  42-44
    2.3.4 力学性能  44-46
    2.3.5 热重分析  46-47
    2.3.6 阻燃性能  47-49
  2.4 小结  49-51
第三章香蕉纤维增强热塑性木薯淀粉  51-62
  3.1 引言  51
  3.2 实验部分  51-54
    3.2.1 主要原料及成型加工设备  51-52
    3.2.2 材料的制备  52-53
    3.2.3 性能测试与表征  53-54
  3.3 结果与讨论  54-61
    3.3.1 塑化加工性能  54-55
    3.3.2 X 射线衍射分析  55-56
    3.3.3 微观形貌  56-59
    3.3.5 热重分析  59-60
    3.3.6 阻燃性能  60-61
  3.4 小结  61-62
第四章剑麻纤维增强热塑性木薯淀粉  62-74
  4.1 引言  62
  4.2 实验部分  62-65
    4.2.1 主要原料及成型加工设备  62-63
    4.2.2 材料的制备  63
    4.2.3 性能测试与表征  63-65
  4.3 结果与讨论  65-72
    4.3.1 塑化加工性能  65-66
    4.3.2 X 射线衍射  66-67
    4.3.3 微观形貌  67-69
    4.3.4 力学性能  69-70
    4.3.5 热重分析  70-72
    4.3.6 阻燃性能  72
  4.4 小结  72-74
第五章氢氧化镁改性纤维增强热塑性木薯淀粉  74-90
  5.1 引言  74-75
  5.2 实验部分  75-78
    5.2.1 主要原料及成型加工设备  75
    5.2.2 材料的制备  75
    5.2.3 性能测试与表征  75-78
  5.3 结果与讨论  78-88
    5.3.1 塑化加工性能  78-79
    5.3.2 X 射线衍射分析  79-80
    5.3.3 微观形貌  80-81
    5.3.4 力学性能  81-84
    5.3.5 热重分析  84-85
    5.3.6 阻燃性能  85-88
  5.4 小结  88-90
第六章结论与展望  90-94
  6.1 结论  90-92
    6.1.1 木薯淀粉的塑化  90
    6.1.2 热塑性木薯淀粉性能对比  90-91
    6.1.3 香蕉纤维增强热塑性木薯淀粉复合材料的性能  91
    6.1.4 剑麻纤维增强热塑性木薯淀粉复合材料的性能  91
    6.1.5 氢氧化镁增强热塑性木薯淀粉复合材料的性能  91
    6.1.6 氢氧化镁改性FRTPS 复合材料的性能  91-92
  6.2 展望  92-94
参考文献  94-98
本论文涉及的名称缩写  98-99
攻读硕士学位期间发表的论文及成果  99-100
致谢  100

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

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