汉麻/聚乳酸全降解复合材料的制备和性能研究

论文摘要

材料是人类社会发展的基石,而环境是人类持续发展的前提,随着社会的发展废弃材料对环境的污染日益突出。近年来,生物可降解材料的发展为这一问题的解决提供了方向,但是,生物可降解材料多为线型高分子,因其结构单一,性能上存在缺陷很难满足当今社会对材料性能的多种要求。因此,尽快提高生物可降解材料的性能,使其早日替代高污染高耗能的传统塑料,具有深远的战略意义。聚乳酸作为目前使用最为广泛的生物可降解材料,由于其高脆性、低韧性的缺陷影响了其在更广泛领域的应用。本文针对聚乳酸的性能缺陷采用汉麻纤维增强聚乳酸的方法制备全降解复合材料,改善聚乳酸的力学性能,扩大其使用的范围。分别通过密炼-热压法和层压法制备得到汉麻纤维／聚乳酸复合材料,详细考察了制备工艺、纤维含量、界面作用等对复合材料性能的影响。本文分别采用密炼-热压法和层压法制备汉麻纤维／聚乳酸复合材料,确定了两种方法的最佳成型工艺,其中密炼-热压法制备聚乳酸／汉麻纤维复合材料的密炼最佳工艺为150℃、转速20、密炼6min。热压复合材料的最佳成型工艺为160℃下,压力分别为15Mpa,保温加压6min。当纤维含量达到30%时,复合材料的力学性能最佳,其中冲击强度提高65.9%,拉伸强度提高38.5%,弯曲强度提高39.7%。层压法制备聚乳酸／汉麻纤维复合材料的最佳成型工艺为155℃下,采用两次加压法,压力分别为5Mpa、15Mpa,升温速率5℃／min。当纤维质量分数达40%时,其力学性能最佳,其拉伸强度可达到102.3MPa,冲击强度可达到17.23KJ／m2,弯曲强度可达到130.6MPa。并且通过万能测试机、扫描电镜（SEM）、差热扫描分析仪（DSC）等测试证明,硅烷偶联剂KH550的预处理和成核剂滑石粉的加入均可提高复合材料的力学性能。最后,对复合材料的降解性能进行了测试,结果表明：复合材料在自然条件下降解十分缓慢,在土壤中的降解速度明显高于自然条件下。复合材料的水解速度大于纯聚乳酸,且在碱性条件下降解最快,其次是酸性条件,中性条件下降解最慢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 生物可降解材料
• 1.1.1 生物可降解材料的定义
• 1.1.2 生物降解高分子材料的分类
• 1.1.3 生物可降解材料的应用
• 1.1.4 生物可降解材料的发展概括
• 1.1.5 聚乳酸
• 1.2 天然植物纤维
• 1.2.1 天然纤维的分类
• 1.2.2 天然植物纤维的分类和结构
• 1.2.3 天然纤维的性能
• 1.2.4 汉麻纤维
• 1.3 天然麻纤维增强生物可降解材料
• 1.3.1 天然纤维的预处理
• 1.3.2 天然麻纤维增强生物可降解材料的复合方法
• 1.3.3 天然麻纤维增强生物可降解材料的研究进展
• 1.4 生物可降解材料的降解
• 1.4.1 生物可降解材料的降解原理
• 1.4.2 聚乳酸的降解机理
• 1.5 本论文的研究思路与研究内容
• 2 聚乳酸/汉麻复合材料的熔融混炼制备
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料和设备
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 复合工艺的确定
• 2.3.2 汉麻纤维的质量分数对力学性能的影响
• 2.3.3 偶联剂处理对力学性能的影响
• 2.3.4 试样的冲击断面形貌分析
• 2.4 小结
• 3 聚乳酸/汉麻纤维双向层压复合材料的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料和设备
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 成型条件的确定
• 3.3.2 汉麻纤维的质量分数对力学性能的影响
• 3.3.3 偶联剂处理对力学性能的影响
• 3.3.4 试样的冲击断面形貌分析
• 3.3.5 成核剂对力学性能的影响
• 3.4 小结
• 4 聚乳酸/汉麻纤维复合材料的降解
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料和设备
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 测试方法
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 加工成型中的聚乳酸降解
• 4.3.2 汉麻/聚乳酸复合材料的自然降解
• 4.3.3 汉麻/聚乳酸复合材料的酸碱溶液降解
• 4.3.4 汉麻/聚乳酸复合材料的土埋降解
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢