稻秸纳米纤维素/聚羟基丁酸戊酸酯复合材料的制备及其性能研究
聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)是一类通过微生物合成的热塑性材料,具有完全的生物相容性和生物降解性,在医用材料、薄膜材料、一次性用品、包装材料(特别是食品包装)等方面有着广泛的应用前景.PHBV的部分性能与聚丙烯相似.但是,PHBV脆性高、韧性差,限制了其工业化的应用.为了提高PHBV的性能,可以采用植物纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管等进行改性.纳米纤维素作为一种新型的增强纤维,具有可再生性、高结晶度、高纵横比、高比表面积、高透明性、高拉伸强度和杨氏模量,可以显著提高复合材料的强度.但是,纳米纤维素表面羟基十分丰富,表现出强烈的极性,且易团聚.当与疏水性的PHBV复合时,相容性差,易造成界面应力集中.为了提高纳米纤维素在聚合物基体中的分散性和改性复合材料的界面相容性,可以通过在复合材料体系内加入表面活性剂或者对纳米纤维素表面化学接枝等方法进行. 本文利用稻秸作为原料,通过将稻秸制备成稻草α-纤维素,然后将制备得到的α-纤维素分散在质量分数为20％的硫酸水溶液中,其中,α-纤维素与硫酸水溶液的质量比为1：12.5,在40℃时保持4h,得到悬浮液,经离心、透析,再通过高压均质仪处理,均质压力1200bar,均质次数8次,得到稻秸纳米纤维素,平均直径为57.5nm.将制备得到的纳米纤维素(质量比2％)加入到配好的2.5％PHBV的DMF中,超声至纳米纤维素全部溶解,然后按一定比例将聚乙二醇加入,在90℃加热搅拌2h.最后将分散好的溶液倒入培养皿中,先在恒温水浴箱上蒸发掉部分溶剂,温度50℃,时间2h；然后转移至真空干燥箱干燥,干燥温度110℃,干燥时间30～40min,取出,揭膜,制得复合材料薄膜. 本文主要通过FTIR和DSC探讨了聚乙二醇的添加量(0、5％、10％、15％、20％、30％)对稻秸纳米纤维素/PHBV复合材料性能的影响,得到以下结论：(1)FTIR分析表明,当在稻秸纳米纤维素/PHBV复合材料体系内添加聚乙二醇后,在2975cm-1和2935cm-1处甲基和亚甲基的不对称伸缩振动吸收峰强度增加,在1658～1637cm-1之间,复合材料的吸收峰变宽变强.这个范围的吸收峰是由于PHBV的羰基和聚乙二醇的羟基,稻秸纳米纤维素的羟基之间形成了较强的氢键作用,向低波数方向移动形成的.表明聚乙二醇添加至复合材料体内后,PHBV和稻秸纳米纤维素之间的相容性得到改善.(2)当在稻秸纳米纤维素/PHBV复合材料体系内加入聚乙二醇后,复合材料的结晶温度和结晶度明显降低.当聚乙二醇的添加量达到30％时,由于聚乙二醇的羟基,稻秸纳米纤维素的羟基和PHBV羰基之间形成了较强的氢键作用,改善了PHBV和稻秸纳米纤维素之间的界面相容性,进一步阻止了PHBV高分子链的运动和重排,使得复合材料的结晶温度比纯PHBV向低温方向移动了23.7℃,结晶度降低了59.9％.
稻秸 纳米纤维素 PHBV 结晶性能
潘明珠 许吉凯 施良
南京林业大学木材工业学院,江苏省南京市龙蟠路159号,210037
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2012-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）