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本文采用明胶作为聚合物基体,采用物理和化学改性方法提高明胶的性能;预处理对天然剑麻纤维进行了处理,运用酸法和酶法拆分出微米级剑麻纤维、亚微米级纤维作为明胶增强体,制备了一种新型的绿色可降解的生物复合材料,研究了复合材料的力学性能、吸湿性能和降解性。
在物理改性明胶方面,采用甘油和不同分子量聚乙二醇(PEG)作为明胶增塑剂。与甘油增塑明胶膜相比,PEG类增塑剂增塑明胶膜有较低的溶出率和较高的拉伸强度。化学改性方面,研究了采用戊二醛(GTA)和双醛淀粉(DAS)作为交联剂交联明胶,发现DAS交联明胶膜对比GTA交联明胶膜有着较低的溶胀比。当GTA用量为1.5%时,明胶膜有着较高的拉伸强度;当DAS用量为7.4%时,明胶的拉伸强度最大。
通过对纤维预处理条件的对比研究,发现二甲基亚砜为剑麻纤维表面蜡质去除的较为理想溶剂,经过二甲基亚砜在80℃下处理6h的剑麻纤维表面蜡质去除较为彻底,处理后的剑麻纤维与基体结合较好,更好地提高纤维的增强效果。利用较低浓度硫酸或较短时间处理剑麻纤维易得到具有较高长径比的剑麻微纤;较高浓度或较长时间处理的剑麻纤维易得到粉末状的剑麻纤维。酶解得到粉末状的剑麻微纤维。
本文系统地研究了纤维含量和纤维形态对复合材料吸湿性能、力学性能和降解性能的影响。纤维的加入提高了改性明胶的拉伸强度,复合材料的断裂伸长率均呈下降趋势。随着纤维含量增加,复合材料的平衡吸湿量和水分扩散系数均呈现不同程度降低的趋势。Lagergren一级速率模型与二级速率模型能够较好地拟合复合材料吸湿试验数据。一级速率模型平衡吸附量的预测值与实测值比较接近。说明复合材料吸附水分过程中主要存在物理吸附,也存在一定的化学吸附。明胶在酶溶液中的降解率随着纤维的加入而降低。