【摘要】：隨著環(huán)境污染以及能源匱乏問題日益嚴(yán)重,傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)石油基樹脂復(fù)合材料的弊端越來越明顯,開發(fā)可生物降解的復(fù)合材料便成了科研人員的研究熱點(diǎn)。劍麻纖維(SF)具有成本低、比強(qiáng)度高、可再生及可生物降解等優(yōu)點(diǎn);聚乳酸(PLA)同樣具有可再生以及可生物降解的優(yōu)勢(shì),并且其原料來源廣泛,但由于成本高、脆性大,其應(yīng)用范圍受限。以劍麻纖維增強(qiáng)PLA制備完全可生物降解的復(fù)合材料,不僅能夠提升PLA的綜合性能、降低其成本從而擴(kuò)大其使用范圍,對(duì)于緩解環(huán)境污染、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展也具有重大意義�；趯�(duì)未處理劍麻纖維(USF)與PLA基體極性相反,界面粘結(jié)性差的考慮,本文以反應(yīng)加工為技術(shù)手段,在復(fù)合材料混煉加工過程中引入與羥基、羧基反應(yīng)活性較高的雙官能度反應(yīng)單體二惡唑啉(BO),通過BO的反應(yīng)橋聯(lián)作用,將PLA連接在植物纖維表面,在復(fù)合材料加工制備過程中完成對(duì)纖維的化學(xué)改性并改善其與PLA的界面性能;并且BO作為擴(kuò)鏈劑,能夠通過連接不同的PLA分子鏈,提高復(fù)合材料的分子量,進(jìn)而提升其綜合性能。通過與USF對(duì)比,本文研究了堿處理劍麻纖維(ASF)和二惡唑啉改性劍麻纖維(BO-ASF)在改性后化學(xué)組分、熱穩(wěn)定性以及微觀形貌的變化;制備未處理劍麻纖維增強(qiáng)聚乳酸(PLA/USFs)、堿處理劍麻纖維增強(qiáng)聚乳酸(PLA/ASFs)以及二惡唑啉改性劍麻纖維增強(qiáng)聚乳酸(PLA/BO/ASFs)三種復(fù)合材料,并與純PLA對(duì)比,研究復(fù)合材料在改性前后熱性能、結(jié)晶性能、力學(xué)性能及流變性能的差異,最后采用凝膠滲透色譜儀(GPC)研究了堿處理前后復(fù)合材料分子量的變化以及BO含量對(duì)PLA/BO/ASFs分子量的影響。研究結(jié)果表明:堿處理過后,纖維發(fā)生原纖化,直徑變小,表面變得粗糙,熱穩(wěn)定性提高。BO改性之后,部分纖維表面成功接枝上了PLA分子鏈,纖維原纖化程度變大,熱穩(wěn)定性較ASF有小幅下降,但仍好于USF。同時(shí)發(fā)現(xiàn)BO含量對(duì)纖維的熱穩(wěn)定性沒有明顯影響。PLA/USFs和PLA/ASFs的拉伸模量、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度較純PLA有所提高,其它力學(xué)性能較純PLA下降明顯�？偟膩碚f,同等纖維含量下PLA/BO/ASFs的力學(xué)性能與界面粘結(jié)性最好,PLA/ASFs次之,PLA/USFs最差。PLA/USFs和PLA/ASFs的熱穩(wěn)定性較純PLA有所降低,PLA/BO/ASFs的熱穩(wěn)定性隨BO含量的增加總體上呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。纖維的加入提高了復(fù)合材料的結(jié)晶能力,結(jié)晶度大幅增加。BO的加入提高了PLA/BO/ASFs的冷結(jié)晶溫度,降低了PLA/BO/ASFs的結(jié)晶完善程度和結(jié)晶度。隨著纖維含量的提高,PLA/ASFs和PLA/BO/ASFs的冷結(jié)晶溫度逐漸降低,結(jié)晶完善程度和結(jié)晶度逐漸提高。BO的加入使得PLA/BO/ASFs粘彈性上升、流動(dòng)性下降,PLA/BO/ASFs的復(fù)數(shù)黏度、儲(chǔ)能模量和損耗模量均隨著BO的增多先提高后降低。纖維的加入導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)降解,PLA/ASFs較PLA/USFs降解更明顯;加入BO之后,PLA/BO/ASFs的分子量隨BO含量的提升先提高后降低,但整體高于PLA/ASFs。
【圖文】：

圖 1-1 植物纖維結(jié)構(gòu)示意圖[20]Fig. 1-1 Structure diagram of natural fiber表 1-1 常見植物纖維的主要化學(xué)組成[21-26]le 1-1 Main chemical components of common plant fibers半纖維素（wt.%）木質(zhì)素（wt.%）果膠（wt.%）水溶物（wt.%）18.6-20.6 2.2 2.3 3.9-10.5 4 17.9-22.4 3.7-5.7 0.9 2.1 13.6-20.4 12-13 0.2 1.2 2 13.1-16.7 0.6-0.7 1.9 6.1 10-14 8-11 10 1.3 5.7 0.7-1.6 0-1 1.0

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文它的分子結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。纖維素是植物纖維最重要的組成部分之一，它是植物纖維強(qiáng)度和剛度的最主要的貢獻(xiàn)者。纖維素一般不溶于水及丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑，其聚合度較高，通常能達(dá)到 10000。纖維素分子內(nèi)部存在許多羥基，它們通常會(huì)結(jié)合形成氫鍵尤其是分子內(nèi)氫鍵，導(dǎo)致糖苷鍵難以旋轉(zhuǎn)從而大幅度增加纖維素的剛性[27,28]，這便是纖維柔順性差的原因。羥基的存在同時(shí)導(dǎo)致纖維素呈現(xiàn)很強(qiáng)的親水性，吸濕率甚至能夠達(dá)到 10%[29]；另一方面，，分子間氫鍵的存在增大了纖維素分子間的相互作用力，正是因?yàn)檫@些氫鍵的存在，纖維素具備穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，一般不和乙醇等化學(xué)試劑反應(yīng)。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2573261