剑麻微纤维/改性明胶复合材料的研究

论文摘要

本文以生物相容性及降解性良好的明胶作为基质,采用铬粉、双醛淀粉（DAS）、坚木单宁对明胶进行化学改性,研究了这3种改性剂对明胶薄膜力学、溶胀、吸湿、热降解稳定、耐紫外等性能的影响；用经去蜡、碱煮、漂白、机械微纤化处理后的剑麻微纤维作为增强剂,制备了可降解的剑麻微纤维/明胶复合材料,并对其力学、吸湿、溶胀、降解等性能进行了研究。在化学改性明胶方面,采用铬粉、DAS、坚木单宁作为明胶交联剂,聚乙二醇400作为增塑剂,制备改性明胶薄膜,对其力学、溶胀、吸湿、热稳定、耐紫外等性能进行了研究。结果发现,经铬粉改性过的明胶薄膜力学性能最好,拉伸强度从5.2 MPa增加到16.2 MPa; DAS改性明胶薄膜在DAS含量3%时拉伸强度最大,达7.7 MPa；坚木单宁含量6%时,明胶薄膜的拉伸强度最大,为10.3MPa。在溶胀性能方面,交联改性后的明胶薄膜平衡溶胀度减小,随着改性剂用量的增加,平衡溶胀度逐渐减小。在吸湿性能方面,采用相对湿度（RH）为58%和98%的环境,经铬粉、DAS、坚木单宁分别改性的明胶薄膜起始吸湿率和平衡吸湿率都有明显的减小,在铬粉7%、DAS5%、坚木单宁6%时,改性明胶膜的平衡吸湿率达到最小。在耐紫外性研究过程中发现,经紫外线（UV）照射后,不同改性剂改性的明胶薄膜拉伸强度都出现不同程度的降低。在UV照射1h时,铬粉改性明胶薄膜拉伸强度降低最小,坚木单宁改性次之,DAS改性最大；在UV照射4h时,铬粉、DAS、坚木单宁改性明胶薄膜拉伸强度分别降低44.9%、18.6%、19.5%。天然剑麻纤维呈束状,单纤维之间由胶质粘合,单纤维排列紧密、整齐,表面有裂节现象,蜡质等杂质附着于纤维束表面及之间的裂纹处,使单纤维紧紧包裹在一起。经去蜡、碱煮、漂白、机械分离等微纤化处理后,剑麻纤维中的蜡质、半纤维素、木质素等物质被去除,得到具有较高长径比、柔软、光滑且直径为5-10μm的微纤维。微纤化后的剑麻纤维长径比大大增加,增强效果更加显著。利用纤维毡浸渍法制备了剑麻微纤维/明胶复合材料,系统研究了剑麻微纤维对复合材料力学、溶胀、吸湿、降解、热降解稳定等性能的影响。天然剑麻纤维的加入并不能有效地起到增强复合膜拉伸强度的效果,随着微纤化后剑麻微纤维含量的增加,复合膜的拉伸强度显著增加,从8.86MPa增加到49.1MPa,断裂伸长率减小。剑麻微纤维加入使复合材料对水敏感性降低,使材料的平衡溶胀度、吸湿率均呈现降低的趋势。所研究的复合材料具有良好的生物降解性。剑麻微纤维的加入使复合材料的生物降解率降低,提高了材料的使用寿命。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 明胶
• 1.2 剑麻纤维的基本性质
• 1.2.1 剑麻纤维的结构与性能
• 1.2.2 剑麻纤维的表面处理
• 1.2.3 剑麻纤维的微纤化处理
• 1.3 生物降解高分子
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 明胶的改性方法
• 1.4.2 剑麻纤维增强复合材料的研究
• 1.5 本课题的意义及创新性
• 2 明胶的改性及表征
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验内容及方法
• 2.2.1 明胶的改性
• 2.2.2 性能表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 铬粉改性对明胶薄膜性能的影响
• 2.3.2 双醛淀粉改性对明胶薄膜性能的影响
• 2.3.3 坚木单宁改性对明胶薄膜性能的影响
• 2.3.4 紫外线照射对明胶膜的影响
• 2.4 小结
• 3 剑麻纤维的微纤化及表征
• 3.1 实验材料及仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验内容及方法
• 3.2.1 剑麻纤维的微纤化
• 3.2.2 剑麻微纤维毡的制备
• 3.2.3 SEM分析
• 3.2.4 TG测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 剑麻纤维的微纤化
• 3.3.2 TG测试
• 4 剑麻微纤维/明胶生物质复合材料的制备与性能研究
• 4.1 实验材料及仪器
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验内容及方法
• 4.2.1 天然剑麻纤维/改性明胶复合材料的制备
• 4.2.2 剑麻微纤维毡/改性明胶基复合材料的制备
• 4.2.3 复合材料力学性能测定
• 4.2.4 复合材料吸湿性能测定
• 4.2.5 复合材料溶胀实验
• 4.2.6 复合材料酶降解实验
• 4.2.7 复合材料热稳定性测试
• 4.2.8 SEM分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复合材料的力学性能分析
• 4.3.2 复合材料的吸湿性能分析
• 4.3.3 复合材料的溶胀性能研究
• 4.3.4 复合材料的降解性能研究
• 4.3.5 复合材料的热稳定性研究
• 4.3.6 复合材料的形貌分析
• 4.4 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士期间发表学术论文