木质素磺酸盐-聚乙烯降解薄膜材料制备及其性能研究

论文摘要

木质素与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分,是植物体次生代谢合成的一种天然有机高分子物质。在木质纤维素物质三大组分中,只有木素没有得到充分利用,而且成为相关工业应用中的障碍物和环境污染物。随着制浆技术、造纸废液处理回收技术、木素分离和改性技术的进步,纯度高、分子最大、难溶于水而溶于有机溶剂的可热塑木素工业产品将大量进入研究开发领域。利用绿色化工和资源与环境协调发展的新概念,应用现代研究手段,以可再生的木质素磺酸盐为原料,通过木质素磺酸盐的改性,共混成膜工艺研究与性能研究,木质素磺酸盐复合材料微观形状与降解性能研究,模拟生产过程,确定可降解木素基共混材料最佳的工艺配比和工艺条件。采用环氧氯丙烷对木质素磺酸盐进行环氧化改性,实验结果表明：反应温度75℃,反应时间4.5h,环氧氯丙烷/木质素磺酸盐质量比为2：1,碱浓度为15%,产率可达93.2%。红外光谱表明木质素磺酸盐与环氧氯丙烷发生了取代反应,生成LER。研究了增塑剂和相容剂对环氧化木质素磺酸盐(LER)与线性低密度聚乙烯(LLDPE)的共混体系的影响。红外光谱分析表明LER与LLDPE之间存在分子间氢键相互作用；DSC显示了复合材料的吸热峰介于二者之间,说明两者具有较好的相容性；TGA曲线表明,复合材料之间有良好的热稳定性：SEM图表明,在增塑剂或相容剂作用下,LER均匀地分散于LLDPE基体中,并且形成一定的过渡层。复合材料在增塑剂作用下LER质量分数可达30%,薄膜的拉伸强度可达14.8Mpa,断裂伸长率达150%。复合材料在相容剂作用下LER质量分数可达40%,薄膜的拉伸强度可达15Mpa,断裂伸长率达120%。LER共混体系在土埋1个月后,其力学性能与原复合材料相比,力学性能显著下降,LER含量越高,力学性能的下降越快,降解越快。本课题的研究,可以为木质素磺酸盐在复合材料的大量应用奠定一定的理论基础,有利于实现生态效益、社会效益和经济效益三者的统一,对经济与社会可持续发展有重要的应用前景和意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 地膜技术的概况
• 1.1.1 地膜技术的作用
• 1.1.2 塑料地膜的危害
• 1.1.2.1 残留塑料地膜对农田土壤物理性状的影响
• 1.1.2.2 残留塑料地膜对作物生长势的影响
• 1.1.2.3 残留塑料地膜对作物产量的影晌
• 1.2 可降解地膜研究现状
• 1.2.1 光降解地膜
• 1.2.1.1 合成型
• 1.2.1.2 添加型
• 1.2.2 生物降解地膜
• 1.2.2.1 聚L-乳酸
• 1.2.2.2 聚己内酯（PCL）
• 1.2.2.3 脂肪族和芳香族聚合物
• 1.2.2.4 淀粉基聚合物
• 1.3 可降解地膜存在的问题
• 1.3.1 成膜工艺复杂
• 1.3.2 耐水性差
• 1.4 木质素在塑料中的应用研究进展
• 1.4.1 木质素的来源、结构和性能
• 1.4.1.1 木质素的来源与结构
• 1.4.1.2 木质素的性能
• 1.4.2 木质素在聚烯烃应用中的研究现状
• 1.4.2.1 木质素与聚氯乙烯（PVC）共混
• 1.4.2.2 木质素与聚乙烯（PE）共混
• 1.4.2.3 木质素与聚丙烯（PP）共混
• 1.5 本课题的研究内容及研究目标
• 1.5.1 本课题研究内容
• 1.5.1.1 木质素磺酸盐的改性研究
• 1.5.1.2 木质素磺酸盐成膜工艺及其性能研究
• 1.5.1.3 木质素磺酸盐复合材料微观形态与降解性能研究
• 1.5.2 本课题研究目标
• 1.5.2.1 研究目标
• 1.5.2.2 特色与创新点
• 第二章 木质素磺酸盐改性研究
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 主要仪器及设备
• 2.2 木质素磺酸盐的环氧化改性
• 2.3 木质素磺酸盐改性产物的提纯
• 2.4 产品分析与检测
• 2.4.1 产率的测定
• 2.5 结果讨论
• 2.5.1 反应温度对产率的影响
• 2.5.2 反应时间对产率的影响
• 2.5.3 质量比对产率的影响
• 2.5.4 碱浓度对产率的影响
• 2.6 改性木质素磺酸盐红外谱图分析
• 2.7 小结
• 第三章 复合材料制备研究
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 主要仪器及设备
• 3.2 复合材料的制备
• 3.3 产品分析与测试
• 3.3.1 力学性能
• 3.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.3.3 DSC测试
• 3.3.4 TGA测试
• 3.3.5 结构表征
• 3.4 结果讨论
• 3.4.1 复合材料机械性能
• 3.4.1.1 不同增塑剂种类对复合材料性能的影响
• 3.4.1.2 增塑剂含量对复合材料的影响
• 3.4.1.3 环氧化木质素磺酸盐含量对复合材料性能的影响
• 3.4.1.4 相容剂含量对复合材料性能的影响
• 3.4.1.5 环氧化木质素磺酸盐含量对复合材料性能的影响
• 3.5 复合材料的微观形态分析
• 3.5.1 复合材料中添加增塑剂的微观形态
• 3.5.2 复合材料中添加相容剂的微观形态
• 3.6 复合材料中添加增塑剂的热性能分析
• 3.7 红外谱图分析
• 3.7.1 复合材料中添加增塑剂的红外谱图分析
• 3.7.2 复合材料中添加相容剂的红外谱图分析
• 3.8 MAH-g-PE提高复合体系相容性机理探讨
• 3.9 小结
• 第四章 复合材料降解性能研究
• 4.1 实验试剂及仪器
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 主要仪器及设备
• 4.2 复合材料的降解试验
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 复合材料中添加增塑剂生物降解性能测定
• 4.3.2 复合材料中添加相容剂生物降解性能测定
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢