热塑性淀粉基复合材料力学性能研究

热塑性淀粉(TPS)基复合材料因具有原材料绿色化、废弃后全降解的特点,成为国内外学者研究的热点。以甲酰胺、尿素、丙三醇、乙二醇作为塑化剂,制备热塑性淀粉基复合材料,通过静态压缩试验得到淀粉基复合材料的静态压缩缓冲曲线,分别研究了不同比例的单一塑化剂和复合塑化剂制备的热塑性淀粉对淀粉基复合材料静态压缩性能的影响。实验结果表明,塑化剂含量为15%时,4种单一塑化剂制备的淀粉基复合材料承压能力大小分别为:FPTPS基复合材料UPTPS基复合材料EGPTPS基复合材料GPTPS基复合材料。复合塑化剂的含量为15%时,不同质量的比甲酰胺和尿素制备的淀粉基复合材料(FUPTPS),其承压能力大小为2∶11∶11∶2;不同质量比的丙三醇和乙二醇制备的淀粉基复合材料(GGPTPS),其承压能力大小为1∶22∶11∶1。     

复合增塑剂种类对玉米淀粉塑化性能的影响

采用甘油、甲酰胺和尿素按不同比例混合,作为复合增塑剂对玉米淀粉进行塑化处理,通过单螺杆挤出机挤出制备热塑性淀粉(TPS),研究了复合增塑剂种类对淀粉塑化性能的影响。利用DSC和SEM对塑化效果进行了表征,并对TPS的热稳定性、机械性能和吸水率进行了测试。结果表明,复合增塑剂采用甘油/甲酰胺/尿素三者混合时,对淀粉的塑化效果最好,制备的TPS热稳定性和机械性能都较好,吸水率较低。     

纤维/淀粉复合处理对生物质缓冲包装材料性能的影响

优良的成型状态及微观结构可以有效提高生物质纤维淀粉基包装材料的综合物理性能,为进一步提高材料物理使用性能,降低加工难度,对其主要原材料中的稻草纤维进行洗水、碱化处理,淀粉进行综合塑化处理。针对不同的处理组合进行了发泡成型实验以及相应材料制品的抗压强度、拉伸强度、静态压缩性能测试实验,根据实验数据对纤维、淀粉的最佳处理水平进行了定量分析:材料的抗压(拉伸)强度随着纤维碱处理程度的上升先增大后减小,最佳纤维碱处理为碱溶液浓度8%浸泡4h(6%-4h),最佳塑化剂浓度为8%(质量分数)的甘油、乙二醇混合塑化剂。最后,结合SEM图像分析了纤维处理/淀粉塑化对生物质缓冲包装材料微观结构及物理性能的影响机理。     

复合增塑剂增塑红苕淀粉的研究

采用双螺杆挤出机制备了红苕热塑性淀粉(TPS)和高密度聚乙烯(HDPE)/塑化淀粉共混材料.通过X射线衍射和扫描电镜分析了甘油/尿素/乙醇胺复合增塑剂的增塑效果和结晶行为,结果表明,复合增塑剂可以使淀粉塑化,能明显抑制红苕淀粉的重结晶.甘油含量的增多可以改善TPS与HDPE的相容性,同时会引起少量重结晶,但是不会影响到材料的使用性能.此外,共混材料随热塑性淀粉中甘油含量的增多,拉伸强度逐渐下降,而断裂伸长率逐渐增大.     

植物纤维增强的生物质复合材料微观机理及力学性能研究

为了解决生物质复合材料中淀粉基质与植物纤维分子间的表面结合问题,探究淀粉/纤维预处理对二者分子间氢键形成的影响,提高生物质复合材料的力学性能,在多年研究的基础上,优化成分配伍,分别制备了剑麻纤维、纸浆纤维、稻草纤维和木质纤维增强的生物质复合材料。通过红外光谱实验,研究了热塑性淀粉的化学键变化和复合材料制品化学键的变化机理,对比了4种复合材料中淀粉和纤维分子间氢键的强弱。拉伸强度和压缩强度实验结果表明,剑麻纤维增强的复合材料的拉伸强度最高可达3.75 MPa,压缩强度最高可达1.26 MPa,远远好于纸浆纤维、稻草纤维和木质素纤维复合材料。SEM图像显示了热塑性淀粉和生物质复合材料的微观结构形态。     

氧化淀粉基复合材料的制备及力学性能

为提高淀粉基复合材料的力学性能,采用对原生淀粉进行氧化改性,通过模压发泡工艺制备了氧化淀粉基复合材料(OS复合材料)。力学测试结果表明,OS复合材料在力学性能方面有很大程度的提升,且最佳氧化比为m(淀粉)∶m(H_2O_2)=10∶1.5。此时拉伸强度为3.05 MPa,压缩强度6.724 MPa,与原生淀粉基复合材料相比分别提高21.03%、14.65%,缓冲性能最佳;其压缩强度明显优于聚苯乙烯发泡塑料(EPS),缓冲系数与EPS接近。为揭示性能变化的内在机理,通过红外光谱分析发现,氧化过程使得淀粉内部官能基团改变,形成更强的氢键,与剑麻纤维的结合更紧固;通过X射线衍射分析得到,淀粉氧化改性后,结晶度降低,内部形成更均匀的相,裸露的支链增多,其与剑麻纤维结合得更好。为探究复合材料的界面结合情况,采用扫描电镜观察,图像显示OS复合材料内部生成了较好的泡孔结构,并且其淀粉基质均匀地附着在纤维的表面,淀粉和纤维形成了很好的结合。     

废纸浆增强玉米淀粉基复合材料的制备及其力学性能研究

以甘油和尿素作为混合塑化剂、废纸浆为增强体,玉米淀粉、聚乙烯醇为基体,利用熔融共混法制备了废纸浆增强玉米淀粉复合材料。研究了混合增塑剂、废纸浆、水含量、氢氧化钠浓度对复合材料力学性能的影响。力学性能测试结果表明,甘油和尿素混合塑化剂对复合材料有反增塑作用,当甘油/尿素含量分别为10/20份时,拉伸强度最佳为10.26MPa;氢氧化钠浓度为4%时,复合材料综合力学性能最好;废纸浆对复合材料有增强作用,当含量为35份时,拉伸强度最佳为11.35MPa;随着含水率的增加,材料的拉伸强度降低,断裂伸长率先增加后降低;扫描电镜观察发现,甘油和尿素混合塑化剂能够增塑淀粉,很好的改善废纸浆和玉米淀粉之间的相容性。     

增容剂对PP/TPS共混材料性能的影响

以甘油为塑化剂,制备了热塑性淀粉(TPS);利用自制的甘油基阴离子表面活性剂:(2-十六烷基羧酸酯)丙二羧酸钠(C)为增容剂,制备了PP/TPS/C共混材料,并对其力学性能、熔点、结晶温度、热稳定性、流变性能等进行了分析。结果表明,在100份的PP/TPS(70∶30)共混材料中加入2份C时,其力学性能和流变性能最好。拉伸强度由21.3MPa降至17.8MPa,断裂伸长率由9.3%升高至19.7%,提高了115%;流动性变好,表观粘度明显降低。由于增容剂是甘油基阴离子表面活性剂,其与增塑剂甘油、淀粉以及PP都能产生一定的相互作用,从而影响了共混材料的性能。     

增塑剂种类对淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

分别以乙二醇、甘油、聚乙二醇400和甲酰胺为增塑剂对淀粉/聚乳酸复合材料进行增塑处理,研究增塑剂种类对淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响。采用XRD、SEM、TGA以及旋转流变仪对复合材料的相容性进行了表征,并测试了复合材料的熔融指数、力学性能和吸水率。结果表明,增塑剂对淀粉/聚乳酸复合材料的相容性改善效果依次为甘油甲酰胺乙二醇聚乙二醇400。淀粉/聚乳酸复合材料的力学性能和吸水率受相容性影响,呈现相容性越好,力学强度越大,断裂伸长率越大,吸水率越低的趋势。醇类增塑剂增塑复合材料的熔融流动性随着分子链增长逐渐变差,而甲酰胺增塑复合材料的熔融流动性过大。     

不同发泡剂制备废纸浆增强淀粉基复合发泡材料性能的对比

分别以水、碳酸氢氨、偶氮二甲酰胺/氧化锌(m(AC)/m(ZnO)=2∶1)为发泡剂,废纸浆为增强体,木薯淀粉为基质,聚乙烯醇(PVA)为增韧体,甘油和尿素作为复合增塑剂,辅以其它的各种助剂,利用挤出发泡法制备出可生物降解复合发泡材料,它们分别记作WPS、NPS、APS。并分别讨论和比较这些发泡材料的密度、发泡倍率、吸水性、热稳定性以及泡孔形态。研究结果显示,随着发泡剂含量的增加材料的表观密度先减少后增加,发泡倍率、吸水率则先增加后减少;NPS的热稳定性能最佳,APS稳定性次之,WPS稳定性最差;随着发泡剂含量的增加,材料泡孔数量先增加后减少,孔径先减小后增大,APS泡孔大小较WPS、NPS分布均匀,泡孔数量较WPS、NPS分布多。     

羧甲基纤维素钠/甲壳素基复合调湿材料的制备与表征

采用甲壳素(CT)和羧甲基纤维素钠(CMC)为基质,与硅胶、无机盐氯化锂复合制备调湿材料,考察了基质配比、硅胶用量对调湿性能的影响,并利用红外光谱、扫描电镜对复合调湿材料的结构进行了表征。结果表明,在最佳配比m(CT)∶m(CMC)∶m(LiCl)∶m(硅胶)=2∶2∶2∶1所制得的调湿材料在25℃相对湿度分别为80%,60%和40%时,最大吸湿量可达到134%,70%和45%,添加硅胶的甲壳素和羧甲基纤维素钠基质复合调湿材料具有优异的吸放湿性能。     

淀粉粒度效应对热塑性微细化淀粉熔体流变学行为影响

应用丙三醇/聚乙烯醇复合增塑剂分别塑化不同粒度微细化淀粉,对热塑化过程以及塑化产物的流变行为进行分析测定,结果表明,随着微细化淀粉的粒度降低,比表面积增加,与复合增塑剂反应接触位点增多,复合增塑剂与淀粉间的相互渗透作用增强,塑化效果得到改善,塑化产物熔体的流动性提高,因此适当降低淀粉粒度可以提高塑化效果,改善热塑性淀粉的机械加工性能.     

增塑时间对玉米淀粉塑化程度和TPS性能的影响

以玉米淀粉为原料,用甘油对其进行塑化处理,通过单螺杆挤出机制备了热塑性淀粉(TPS),探讨了增塑时间对淀粉塑化程度和TPS性能的影响规律。采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析(TGA)对TPS进行了表征,并测定了其拉伸性能和吸水率。SEM、XRD和DSC结果都表明,随着增塑时间延长,玉米淀粉的塑化程度增大。TGA结果表明,淀粉的塑化程度增大,TPS的热稳定性则减小。TPS的力学性能和吸水率也与淀粉的塑化程度相关,随着塑化程度增大,抗拉强度降低,断裂伸长率增大,吸水率增大。     

甘油增塑热塑性淀粉的流变相变性质

流变性质和相变性质是指导热塑性淀粉(TPS)生产加工的重要参数。文中利用转矩流变仪(密炼机)和差示扫描量热法(DSC)研究甘油增塑淀粉时TPS流变相变性质的变化。结果表明,甘油增塑时,对淀粉流变性能的影响与水不同;由于转子扭矩的变化主要由TPS相变产生,而甘油的润滑效应不利于淀粉塑化,因此TPS的塑化程度随着甘油含量的增多先减小后增大;升高转子转速会加大剪切力,加剧相变;同样初始温度越高,相变越容易发生,且温度对相变程度的影响显著于转速。     

静电纺丝法制备聚丙烯腈/聚醋酸乙烯酯复合纳米纤维膜

采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/聚醋酸乙烯酯(PVAc)复合纳米纤维膜。利用原子力显微镜(AFM)、电子显微镜(SEM)分析了纤维的直径分布、整体形貌及单根纳米纤维的表面形貌;利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了PAN、PAN/PVAc、PVAc纳米纤维膜的化学组成;同时借助热重(TG)分析了PVAc的加入对复合纤维膜热性能的影响。结果表明,当m(PAN)∶m(PVAc)=5∶5、质量分数为10%时,所得纤维膜最有利于制备聚合物电解质膜;PAN与PVAc之间产生配位键,从而提高了纤维膜的热性能。     

甘油增塑热塑性淀粉的流变相变性质EI北大核心

流变性质和相变性质是指导热塑性淀粉(TPS)生产加工的重要参数。文中利用转矩流变仪(密炼机)和差示扫描量热法(DSC)研究甘油增塑淀粉时TPS流变相变性质的变化。结果表明,甘油增塑时,对淀粉流变性能的影响与水不同;由于转子扭矩的变化主要由TPS相变产生,而甘油的润滑效应不利于淀粉塑化,因此TPS的塑化程度随着甘油含量的增多先减小后增大;升高转子转速会加大剪切力,加剧相变;同样初始温度越高,相变越容易发生,且温度对相变程度的影响显著于转速。     

固体有机物合成的低温共熔溶剂的研究及其对纤维素的溶解

对固体有机物尿素、己内酰胺、乙酰胺以不同配比制备的尿素/己内酰胺、尿素/乙酰胺和乙酰胺/己内酰胺3种低温共熔溶剂进行了研究,并考察了其物理化学性质(熔点、电导率等).结果表明,随着物质的量比的不同,低共熔溶剂的熔点不同,最佳物质的量比分别为1∶3、1∶2和1∶1,在最佳物质的量比下的熔点分别为30℃、48℃和18℃.低温共熔溶剂的电导率在10-4～10-5 S/m数量级,随温度的升高,电导率增加,电导率与温度符合Arrhenius方程.IR测试结果显示,固体有机物各自分子内的氢键消失,形成了新的氢键.初步探讨了纤维素在3种体系中的溶解性能,结果显示,3种溶剂对纤维素有一定的溶解能力.通过分析得出,该类共熔体溶剂为酰胺类溶剂,主要通过其羰基上的氧原子和氨基上的氮原子与纤维素上的羟基形成氢键.IR和XRD测试结果表明,纤维素和再生纤维素有相似的结构,但纤维素的晶型从Ⅰ型转变为Ⅱ型.     

交联型木薯淀粉黄原酸酯-g-AA/AM微球的合成与表征

以木薯淀粉为主要原料,环氧氯丙烷为交联剂,CS2为酯化剂,过硫酸铵/亚硫酸氢钠为引发剂,丙烯酰胺和丙烯酸为接枝单体,经交联-酯化-接枝制得交联型木薯淀粉黄原酸酯-g-AA/AM,进一步采用反相乳液聚合法得到复合变性淀粉微球。考察了诸因素对合成的影响,确定的较佳工艺条件为:酯化反应的m(NaOH)∶m(干基淀粉)=0.08∶1.00,m(CS2)∶m(干基淀粉)=0.882∶1.000,酯化时间4h,酯化温度35℃;接枝反应的m(单体)∶m(干基酯化淀粉)=0.8∶1.0,引发剂浓度0.289mol/L,接枝温度35℃,接枝时间3.5h。采用红外光谱、扫描电镜、X-射线衍射和热重分析对交联型木薯淀粉黄原酸酯-g-AA/AM微球进行了表征。通过对含铬废水的吸附研究表明,交联型木薯淀粉黄原酸酯-g-AA/AM微球对铬(Ⅵ)的去除率可高达97%以上。     

不同增塑剂对直链淀粉增塑效果的影响

为预测尿素、乙二醇、三聚氰胺、二甲亚砜(DMSO)以及聚乙烯醇(PVA)对直链淀粉增塑效果的影响,采用分子动力学模拟法在COMPASS力场下模拟计算不同增塑剂对直链淀粉增塑后玻璃化温度的影响,并采用实验方法测定不同增塑剂对直链淀粉增塑后旋转扭矩、氢键削弱作用和力常数的变化。通过比较不同增塑剂对直链淀粉增塑前后的玻璃化温度、旋转扭矩、氢键削弱作用和力常数变化预测不同增塑剂增塑效果。结果表明,不同增塑剂对淀粉的增塑效果为尿素>乙二醇>DMSO>PVA>三聚氰胺。     

淀粉/LLDPE-EAA复合发泡材料的制备及性能研究

以淀粉、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)为原料,甘油对淀粉进行塑化改性,碳酸氢钠作为发泡剂,辅以其他各种助剂,利用双螺杆挤出机进行熔融挤出发泡以制备复合发泡材料。通过观察发现当碳酸氢钠发泡剂含量为2%时,泡孔分布均匀,大小适宜,发泡效果最佳。重点探究了各原料的含量对复合发泡材料的拉伸强度和断裂伸长率的影响,研究结果表明,随着淀粉含量的增加,材料的拉伸强度逐渐增加,到一定程度的时候开始下降,材料的断裂伸长率则随之不断减小;LLDPE的含量对复合发泡材料的拉伸强度影响较大,EAA含量对断裂伸长率的影响较大;随着甘油含量的增加,增至10%时拉伸强度达到最大,之后开始逐渐下降,断裂伸长率则随则甘油含量的增加而增加。