竹粉/HDPE复合材料降解性及吸水性研究与微孔隔板制备

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木塑复合材料(WPCs)是将木材、秸秆、稻壳等具有一定长径比的天然纤维粉体与热塑性塑料共混,通过热压、挤出或注塑等方式生产出的一种新型环保材料。世界WPCs的年均增长速率在10%以上,成为塑料工业领域增长最快的品种。WPCs被大量应用于室外建筑及装饰等领域,需要长期暴露在自然条件下,由于自然条件的风吹雨打以及强烈的紫外线照射,导致木塑复合材料表面开裂、机械性能下降、颜色明显褪去等现象产生,使用寿命显著低于预期。WPCs室外使用寿命过短已成为其广泛应用的重要瓶颈问题。对WPCs老化过程及机理的研究,探讨外界条件与材料老化过程及材料结构性能的变化规律之间的内在联系,对于合理选用材料,采取适宜的防护措施,延长材料使用寿命,减少经济损失,促进WPCs产业持久健康发展,都有着重要的意义。   国内胶体蓄电池的隔板主要依赖进口,如卢森堡阿莫西尔公司生产的隔板,是目前世界上公认的性能最好的胶体蓄电池隔板材料,其技术高度保密。由于阿莫西尔公司的专利隔板材料价格昂贵,而国内尚没有性能相近的产品问世,故多数国内胶体蓄电池仍沿用普通的AGM隔板,导致胶体蓄电池的性能优势无法体现。国内胶体蓄电池专用隔板亟待开发。   本论文主要考察竹粉/HDPE(BF/HDPE)复合材料的微生物降解性能和竹粉/回收HDPE复合材料工业成品经自然老化后吸水性能。首先按照工业成品大体配方制备BF/HDPE复合材料,然后将其制备为菌降解样品,再通过平菇和风尾菇对样品进行微生物降解,进而考察材料的微生物降解性能。另外,对经自然老化后的竹粉/回收HDPE复合材料工业成品进行了吸水性能的测试,并通过Peleg模型准确算出材料的平衡吸水率,同时运用正交试验的方法考察了各个因素对吸水率的影响。   在BF/HDPE复合材料的微生物降解研究中,先用变色圈实验进行菌落筛选,将筛选出的平菇与凤尾菇对复合材料进行降解实验,并做竹粉降解的平行实验进行对比。变色圈显示平菇与凤尾菇均为优先选择降解木塑复合材料中的植物纤维部分。实物照片与SEM图片都直观地反映了木塑复合材料与竹粉发生了严重的真菌降解,通过降解率的测定进一步明确降解程度,显示平菇对材料的降解程度大于凤尾菇。对降解材料提取物进行GC-MS分析,结果表明两种真菌都能够使木塑复合材料中的植物纤维部分和塑料部分降解成一定结构的小分子物质。最后对材料进行热分析包括TG分析与DSC分析,反映了材料在降解过程中出现片段化从而使其热稳定性变差,材料中的HDPE与竹粉部分都发生了不同程度的降解。各项数据均表明平菇与凤尾菇对复合材料能进行不同程度的生物降解。   在竹粉/回收HDPE复合材料工业成品经自然老化后吸水性能的研究中,首先对老化后的材料表层进行了SEM与DSC分析,均显示材料表层中植物纤维与聚合物都发生了不同程度的降解,且降解程度随老化时间的增长而加剧。然后通过对复合材料吸水率随时间的变化曲线与Peleg模型曲线拟合分析,证明了Peleg模型在描述木塑复合材料吸水过程的有效性和可靠性。正交试验结果分析表明,影响复合材料吸水性能最大的因素为自然老化所引起WPCs表层复杂结构的变化。提高复合材料的耐老化性能和在使用过程尽可能保留其原始表面才是控制材料使用过程中宏观吸水性的有效途径。   另一方面采用气相纳米二氧化硅与PVC复合,并添加几种功能添加剂以改善隔板性能,通过常温挤出和流延工艺制备出与胶体蓄电池电解液有良好亲和性及力学性能的胶体蓄电池专用隔板材料。采用扫描电镜、孔隙率测定、电阻测定、渗透性测定、拉伸强度测定、比表面分析技术对自制隔板进行了结构和性能的表征,并将自制隔板装载到工业胶体电池中来进一步考察整体稳定性。通过对比进口Amer-sil公司生产的类似隔板材料,本研究所制备出的隔板有平均孔径适中、孔隙率高,浸润性良好,电阻低及力学性能良好的优点,可完全替代进口隔板在我国胶体蓄电池中使用。
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