本文關(guān)鍵詞：基于淀粉和蔗渣的可生物降解復(fù)合材料的制備與性能研究

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【摘要】：我國(guó)擁有豐富的甘蔗渣資源,但目前蔗渣的利用一直存在附加值低、易造成二次污染等缺點(diǎn)。通過(guò)向PLA/淀粉中加入蔗渣制備可完全生物降解復(fù)合材料,對(duì)解決我國(guó)當(dāng)前普遍存在的“白色污染”問(wèn)題,推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用和生物質(zhì)復(fù)合材料工業(yè)的跨越式發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)淀粉/蔗渣進(jìn)行增塑改性,而后通過(guò)擠出注塑制備出了PLA/淀粉/蔗渣復(fù)合材料,研究了增塑劑種類(lèi)和含量、材料配比對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、加工性能、吸水性、熱性能等的影響。本實(shí)驗(yàn)還研究了蔗渣經(jīng)堿處理后其成分和結(jié)晶的變化,及其對(duì)PLA/淀粉/蔗渣復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。最后,本實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)合材料的自然土埋降解行為進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn),改性劑甘油、甲酰胺、乙二醇對(duì)淀粉/蔗渣體系均有明顯的增塑作用,且增塑效果為甲酰胺甘油乙二醇。加入改性劑的含量為30%時(shí)(相對(duì)淀粉和蔗渣總量),復(fù)合材料兼具較好的力學(xué)性能和加工性。其中,由甲酰胺增塑的復(fù)合材料PLA/淀粉/蔗渣(60/20/20)的拉伸強(qiáng)度高達(dá)43.9MPa,由甘油增塑的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為36.4MPa,但復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率普遍較低,韌性較差。增大復(fù)合材料中淀粉和蔗渣的含量,復(fù)合材料的熔體粘度有所增大,吸水性急劇上升,機(jī)械性能變差。其中,復(fù)合材料PLA/淀粉/蔗渣(20/40/40)的平衡吸水率高達(dá)38%,拉伸強(qiáng)度為37MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為3.0%,相比于PLA/淀粉/蔗渣(80/10/10),復(fù)合材料的吸水率上升了489.1%,拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別降低了28.57%和50%。蔗渣對(duì)PLA/St復(fù)合材料具有一定的增強(qiáng)作用,PLA/St/BF(60/20/20)的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度比PLA/St(60/40)分別提升了17.42%和12.32%。經(jīng)過(guò)一定濃度堿處理一段時(shí)間后,能有效除去蔗渣中的果膠、木質(zhì)素等雜質(zhì),蔗渣纖維素表面積有所增大,結(jié)晶度有所提高,但過(guò)高的堿濃度和過(guò)長(zhǎng)的處理時(shí)間會(huì)破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。蔗渣經(jīng)一定濃度的堿處理后能提高纖維與其他組分間的機(jī)械咬合力,在1%濃度下處理1小時(shí)后的蔗渣性能最佳,相比于未處理蔗渣復(fù)合材料,復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別提升了21.43%和26.18%,但過(guò)高的堿處理濃度和過(guò)長(zhǎng)的堿處理時(shí)間均不利于復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度的提高。增大淀粉和蔗渣的含量,有助于提升材料的生物降解性能,其中,PLA/淀粉/蔗渣(20/40/40)在自然土埋條件下兩個(gè)月的降解率達(dá)到57.35%。研究發(fā)現(xiàn)淀粉的生物降解性略?xún)?yōu)于蔗渣。SEM分析表明復(fù)合材料經(jīng)降解后留下了大量的孔洞結(jié)構(gòu),表面發(fā)生一定程度的層狀剝離現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重的破壞。隨著降解時(shí)間的延長(zhǎng),復(fù)合材料的力學(xué)性能保持率大體上不斷降低,且含易降解成分越多,力學(xué)性能下降地越厲害。一定的降解時(shí)間內(nèi)復(fù)合材料的結(jié)晶度不斷增大,熱穩(wěn)定性變好,表明材料的降解始于材料的無(wú)定型區(qū),而后延至材料的結(jié)晶區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB332

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