论文部分内容阅读
纤维素是地球上最丰富的一种天然高分子材料,具有高的强度和模量、无毒、可再生和可生物降解等优良特性,它也是一种良好的增强体。但由于纤维素表面存在大量极性羟基,在干燥过程中易形成氢键作用,使纤维素发生团聚,且与非极性的聚烯烃基质相容性较差,这些都影响纤维素的增强效果。因此,减少纤维素的团聚现象,将其均匀地分散到聚烯烃基质中,并在两者之间形成良好的界面结合是提高纤维素增强效果的关键。鉴于此问题,本论文采用冷冻干燥、表面活性剂涂覆、乙酰化处理和硅烷偶联剂涂覆4种不同方法处理微纤化纤维素,利用微型锥形双螺杆挤出机将微纤化纤维(MFC)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔融混合,然后采用热压-冷压的方式制备复合材料。研究了不同处理方式下制备的MFC/LLDPE复合材料的透光性、MFC在LLDPE基质中的分散性以及MFC对LLDPE的增强效果,取得如下结论:(1)采用冷冻干燥方法处理MFC(LDMFC)。LDMFC可以均匀地分散到LLDPE基质中,复合膜的透光度也有所提高。当LDMFC含量为10%时,LDMFC/LLDPE复合材料的力学性能达到最优,与纯LLDPE相比,拉伸强度和弹性模量分别提高了 60.3%和161.9%;动态热机械性能的测试结果表明,LDMFC的加入还可以提高复合材料的储能模量和损耗模量,并随着LDMFC含量的增加而提高。当LDMFC含量为14%时,LDMFC/LLDPE热解温度比纯LLDPE提升了 14℃,热失重峰向高温方向移动;差式扫描量热法(DSC)的测试结果表明,添加LDMFC对复合材料的结晶行为没有太大的影响,但是可以提高复合材料的熔融温度。(2)采用复配的表面活性剂Span80和Tween80(S:T=1:1)处理微纤化纤维素(STMFC)。傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示,表面活性剂处理后MFC出现表面活性剂的特征峰,表明表面活性剂与MFC结合到一起。从复合材料薄膜的照片可以看出,经过表面活性剂处理的MFC没有明显的团聚现象,均匀地分散在LLDPE基质中,但STMFC/LLDPE复合膜透光度小于冷冻的LDMFC/LLDPE复合膜。添加量10%的STMFC时复合材料的力学性最优,此时拉伸强度和弹性模量分别比纯LLDPE提高了41.03%和106.35%,但增强效果低于冷冻干燥处理的MFC。当STMFC含量为14%时,STMFC复合材料的热解温度比纯LLDPE的最大提高了 20℃,并高于LDMFC/LLDPE复合材料的最大热解温度。从X射线衍射法(XRD)和DSC分析结果可知,添加STMFC对复合材料的结晶行为基本没有影响,当添加量为14%时,复合材料的最大熔融温度提高了 6℃。(3)采用乙酰化处理的方法对微纤化纤维素的羟基进行化学改性修饰(YXMFC)。从FTIR谱图中可以看出,经过乙酰化处理的MFC,其O-H的伸缩振动峰消失,反应生成了酯基的C=O双键伸缩振动峰和C-O键的伸缩振动峰;经过乙酰化处理的MFC可以较好地分散到LLDPE基质中,复合膜的透光度高于前述两种处理方式得到的复合膜;但YXMFC对LLDPE的拉伸强度提升效果不大,与纯LLDPE相比最大提高量为21.8%,与未处理的MFC/LLDPE相比无显著差别;弹性模量也无明显提升。说明纤维素分散均匀不能显著提高复合材料的力学性能,基质和增强相的界面结合是复合材料的力学提升的关键。YXMFC/LLDPE复合材料的储能模量和损耗模量都比纯LLDPE的要高,但低于冷冻干燥和表面活性剂处理方法制备的复合材料。(4)采用乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂处理的微纤化纤维素(GWMFC)可以均匀地分散到LLDPE基质中,复合材料的拉伸强度和弹性模量相较于LLDPE分别度提高了 45.3%和193.6%,其弹性模量是这4种处理方法中最高的。此外,GWMFC的加入还可以提高复合材料的储能模量和损耗模量,提高幅度也是这4种方法中最大的。从上述结果可知,MFC的冷冻干燥处理和硅烷偶联剂处理对复合材料有较好的增强效果。