落麻纤维增强热塑性淀粉基复合材料的制备及性能研究

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淀粉作为一种来源广泛、价格低廉、绿色环保的材料,是最具潜力的可完全降解材料之一,但由于耐水性能和机械性能较差,限制其广泛应用。选择性能良好、资源丰富、可再生、可降解的落麻纤维为增强材料,提高热塑性淀粉的性能,对淀粉基塑料在农业、包装等领域中的广泛应用具有重要的现实意义。  为此,本课题根据热塑性淀粉的成型机理,在热力场和机械力作用下加入增塑剂,用螺杆挤出方法制备热塑性淀粉。并以甘油、山梨醇、尿素作为复合增塑剂制备热塑性淀粉,探究复合增塑剂配比对淀粉的塑化效果。用苎麻落麻纤维为增强体,制备热塑性淀粉基可完全降解复合材料,探究纤维长度和纤维含量对复合材料力学性能和耐水性能的影响。通过性能测试与表征,可以得出:  利用螺杆挤出方法制备热塑性淀粉时,拉伸测试结果显示所得材料具有一定的力学性能。红外光谱分析显示增塑剂与淀粉分子内和分子间羟基形成氢键,扫描电子显微镜图像显示所得材料截面为一个光滑平整的面,X射线衍射显示淀粉原有的结晶结构消失,热重分析显示材料热稳定性提高。说明在热力场、剪切力同时存在的情况下,增塑剂可以破坏淀粉分子的球晶结构,淀粉达到无序化,形成热塑性淀粉。  以甘油、尿素、山梨醇为复合增塑剂制备的热塑性淀粉的拉伸性能测试结果显示:山梨醇可有效提高热塑性淀粉的韧性,尿素使其强度显著提高,复合增塑剂具有协同加和效应,当甘油/山梨醇/尿素比例为4/3/3时,热塑性淀粉的力学性能最优,拉伸强度为13.3MPa。通过对不同配比复合增塑剂制备的热塑性淀粉进行扫描电子显微镜、红外光谱、X射线衍射等表征分析发现复合增塑剂可以与淀粉分子形成更强的氢键作用,并且尿素的加入抑制了淀粉的回生现象。  对苎麻落麻纤维增强热塑性淀粉基复合材料的拉伸性能和力学性能测试结果显示,复合材料的力学性能随着纤维长度和含量的增加而提高,拉伸强度在纤维长度为9mm,含量为20%时可达到25.14MPa,接近于未加入纤维时的2倍。通过表征可得纤维增强体与基体具有一定相互作用,可以形成良好的界面结合。接触角测试、吸水率测试结果表明复合材料的耐水性能也随着纤维长度和含量的增加而提高,在纤维长度为7mm,含量为15%时,复合材料的的耐水性最好。  通过对苎麻落麻纤维增强热塑性淀粉基复合材料的研究发现,落麻纤维是热塑性淀粉基体的有效增强体,可有效提高其机械性能和耐水性能,不仅为落麻纤维提供新的增值途径,也为实现淀粉基可降解塑料的广泛应用提供了支持。
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