【摘要】：復合材料兼具所含組分的優(yōu)點并可產(chǎn)生新的特殊性能,在社會發(fā)展過程中能滿足人們?nèi)找鏀U大的各種需求而受到廣泛的關(guān)注。其中,增強體增強的復合材料,是應用最廣泛和最重要的復合材料。目前,各種各樣的增強體材料已被開發(fā)出了,如玻璃纖維、二氧化硅、炭黑等等,但其中很多增強體不具有生物可降解性或具有毒性,不適合用于生物醫(yī)藥材料或食品相關(guān)的產(chǎn)品。纖維素來源廣泛,是地球上含量最豐富的天然高分子材料,具有可再生性、可生物降解性、無毒性等良好的性能,并且纖維素的高結(jié)晶度使其具有很高的強度,纖維素分子鏈上的羥基可以發(fā)生反應使其被改性,纖維素還可以被加工成尺寸為微米級別的微晶纖維素(MCC)或納米級別的納米晶纖維素(CNC),由此纖維素有望成為理想的增強體材料。但是,大尺度纖維素天然纖維難以在基質(zhì)中均勻分散、增強效果不好。CNC制備成本昂貴。MCC雖然價格便宜,但是其顆粒的尺寸較大,容易在基質(zhì)中發(fā)生聚集,增強效果不明顯。而且MCC分子鏈間具有很強的相互作用使其難溶于一般溶劑。因此本文首先采取微波輻射的方式對MCC進行表面改性,再將其作為增強材料加入到殼聚糖溶液中制備殼聚糖復合膜,改善殼聚糖材料機械強度較弱、水蒸氣透過率較大等缺點,以期擴展其在包裝領(lǐng)域等方面的應用前景;在MCC表面接枝聚丙烯酰胺,研究影響接枝改性的因素,并對其絮凝性能進行測試;另外,將上述表面接枝聚丙烯酰胺的MCC用作聚丙烯酰胺水凝膠的增強體,制備復合聚丙烯酰胺水凝膠。分別采用先進的儀器和設備對上述各部分工作中制備的樣品的組成和性能進行表征和測試,并研究其機理。具體研究工作如下:尿素改性微晶纖維素增強殼聚糖復合膜的制備及其應用研究將尺寸為50um的MCC先和尿素水溶液混合攪拌24h,產(chǎn)品經(jīng)干燥后在微波輻射下進行反應。將所得的尿素改性微晶纖維素(u-MCC)顆粒添加到殼聚糖溶液中攪拌均勻,可發(fā)現(xiàn)該混合溶液能在室溫下保持40h不發(fā)生沉降。由此,該混合溶液用流延法可以制備出均勻的膜材料,從而得到殼聚糖和纖維素的復合材料。對所得復合膜材料進行拉伸測試,結(jié)果表明當u-MCC的含量為7wt%時,復合膜的拉伸強度、斷裂伸長率、楊氏模量和斷裂能達到最大,分別是純殼聚糖膜的2.0、2.1、2.4和6.0倍。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)以及X射線衍射儀(XRD)對其組成和結(jié)構(gòu)進行表征,結(jié)果表明u-MCC和周圍的殼聚糖分子鏈之間具有很強的相互作用,由此u-MCC作為物理交聯(lián)點和殼聚糖基質(zhì)發(fā)生了物理交聯(lián)。水蒸氣透過率及透明性能測試結(jié)果顯示復合膜具有更好的水蒸氣阻隔性能,并且復合膜仍保持著透明性。上述結(jié)果說明,所獲得的u-MCC增強殼聚糖復合材料,在包裝領(lǐng)域具有應用前景。微晶纖維素接枝聚丙烯酰胺的微波輻射法制備及其絮凝性能研究將MCC和丙烯酰胺(AM)水溶液混合攪拌24h,產(chǎn)品經(jīng)干燥后在無催化劑和引發(fā)劑的條件下,在微波輻射下進行反應,得到丙烯酰胺改性微晶纖維素(am-MCC)。采用傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對其組成進行表征,結(jié)果表明聚丙烯酰胺成功接枝到MCC上。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其形貌,結(jié)果表明相比純的MCC,am-MCC表面變得更加疏松。用X射線衍射儀(XRD)對其進行表征,結(jié)果表明微波改性并未使MCC的晶區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,改性只發(fā)生在MCC的表面。研究微波輻射功率、輻射時間以及反應物的質(zhì)量比對接枝率的影響,結(jié)果顯示在輻射功率為800W、輻射時間為3min、MCC/AM(wt)為1/4.5時接枝率最高,可以達到95.5%。測試了其對高嶺土的絮凝性能,結(jié)果表明接枝產(chǎn)物具有良好的絮凝性能。本部分工作用簡單低成本的方法將MCC和聚丙烯酰胺相結(jié)合,得到了環(huán)保型的絮凝劑。改性微晶纖維素增強聚丙烯酰胺水凝膠的研究取用上部分研究工作的結(jié)果,將MCC和AM(MCC/AM(wt)為1/4.5)水溶液混合攪拌24h,產(chǎn)品經(jīng)干燥后在功率為800W、輻射時間為3min的條件下進行微波輻射反應,得到的產(chǎn)物為am-MCC。將am-MCC加入到水中攪拌,然后加入AM單體繼續(xù)攪拌,最后加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑引發(fā)單體聚合得到復合水凝膠。采用傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對其組成和形貌進行表征,結(jié)果顯示am-MCC和聚丙烯酰胺基質(zhì)之間存在著很強的氫鍵相互作用及交聯(lián),復合水凝膠具備良好孔洞結(jié)構(gòu)。測試了水凝膠的力學性能和吸水性能,結(jié)果表明當am-MCC的含量為4%(占聚丙烯酰胺基質(zhì)的百分比)時復合水凝膠的壓縮強度達到最大值,比純聚丙烯酰胺的壓縮強度提高69.0%,且復合水凝膠仍然保持著純聚丙烯酰胺水凝膠的良好的吸水性能。循環(huán)壓縮實驗結(jié)果表明復合水凝膠具有良好的形狀恢復性能,并且多次壓縮后其強度沒有發(fā)生明顯的變化。循環(huán)吸水性能測試實驗結(jié)果表明復合水凝膠具有良好的重復吸水性能,并且重復吸水后其最大溶脹度沒有發(fā)生明顯的變化。因此本部分工作制備的am-MCC增強聚丙烯酰胺水凝膠擴寬了純聚丙烯酰胺水凝膠在較高壓力下作為吸水材料的應用,并且可以被重復使用。
【圖文】：

人們的注意，對材料來說具備可循環(huán)利用和環(huán)境友好性顯得特別重要，生態(tài)設計已逡逑經(jīng)成為材料生產(chǎn)的一種理念。正因如此，天然纖維如：亞麻、大麻、黃麻、紅麻、逡逑劍麻（如圖１．１和圖１．２）越來越受到人們的關(guān)注。它們相比化學纖維具有很多技術(shù)逡逑經(jīng)濟和生態(tài)優(yōu)勢例如：可再生性和可降解性對環(huán)境影響較小，成本低，相同性能的逡逑７逡逑

２．３結(jié)果與討論逡逑２．３．１懸浮穩(wěn)定性分析逡逑如圖２．邋２所示ａ、ｂ、ｃ三張圖分別是初始及靜置２０ｈ、４０ｈ的狀態(tài)，每張圖中左逡逑邊瓶子里面是７ｗｔ％邋Ｕ－ＭＣ．Ｃ的殼聚糖溶液，，右邊瓶子里面是７ｗｔ％ＭＣＣ的殼聚糖溶逡逑液。經(jīng)觀察，靜置２０ｈ后ＭＣＣ先發(fā)生沉降（箭頭所指處可觀察到），而左邊瓶子逡逑保持均勻的狀態(tài)。經(jīng)過４０ｈ后右邊的瓶子Ｍ面的沉淀增多，而左邊的瓶子仍然保持逡逑均勻的狀態(tài)。表明ｕ－ＭＣＣ在殼聚糖溶液中具有良好的懸浮穩(wěn)定性，因為ｕ－ＭＣＣ表逡逑面的－ＯＨ、－ＣＯＮＨ２基團，能與殼聚糖分子鏈上的－０Ｈ和－ＮＨ２基團形成很強的氫鍵逡逑相互作用。逡逑２．３．２組成及形貌分析逡逑圖２．３（ａ）ＭＣＣ和ｕ－ＭＣＣ的傅里葉變換紅外光譜譜圖，在微波輻射下ＭＣＣ和逡逑尿素的反應式如圖２．４所示１４３１，反應后ＭＣＣ上面多丫一個酰胺基團。從紅外譜圖逡逑中可以看出相比ＭＣＣ
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ352.1;TB332

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 成堅;王琴;劉曉艷;;膠態(tài)微晶纖維素在中性含乳飲料生產(chǎn)中的應用[J];中國乳品工業(yè);2005年12期

本文編號：2699671