桐壳纤维的表面改性及其与塑料的共混特性研究

摘要

植物纤维可及度低和含水率高的结构特点成为制约木塑复合材料发展的主要原因之一，提高植物纤维可及度和降低含水率，有利于开发高档次的木塑复合材料。因此，通过研究植物纤维预处理方法，提高植物纤维的可及度，降低植物纤维的含水率，为制备高性能的木塑复合材料提供了重要途径；除了研究传统的普适性偶联剂外，研发木塑复合材料专用相容剂将为木塑复合材料的发展提供新的契机。 油桐树提取桐油是历史上最古老的高分子树脂，其加工废弃的大量桐壳纤维常被随意丢弃，利用桐壳纤维制备木塑复合材料既可降低桐油加工企业的综合成本，又可利用桐壳纤维含有的桐油开发高档次的木塑复合材料。 在此研发思路的指导下，主要完成了以下几项工作： (1)选取几类应用于无机粉体的偶联剂对桐壳纤维进行表面包覆处理，利用测定桐壳纤维——白油体系的一系列性能来模拟改性桐壳纤维与聚乙烯(PE)的共混过程；初步探讨了几种偶联剂处理过的PE木塑复合材料的力学性能，实验结果表明，稀土偶联剂和异氰酸酯偶联剂用量分别为2％和1％时，就能使PE木塑复合材料具有较好的力学性能。 (2)分别采用超声波、加热、冷冻的方法对植物纤维进行预处理，结果表明，三种方法均能在一定程度上破坏植物纤维的原有结构，增大了植物纤维无定形区的比例，提高了试剂对植物纤维的可及度；在NaOH溶液中进行以上处理的效果要优于在水溶液中的处理效果；超声波的处理方法要优于加热和冷冻的方法。 (3)利用氧化钙的吸水功能，在植物纤维中添加氧化钙代替高温干燥工艺，可以有效地降低植物纤维的含水率，既节约了大量热能，同时，生成的氢氧化钙可与植物纤维产生协效，提高了聚氯乙烯(PVC)木塑复合材料制品的性能；采用正交实验，分析不同处理条件下，PVC木塑复合材料制品的流变性能，发现在氧化钙含量为20％，搅拌时间为30 min，温度为120℃时，对植物纤维的处理效果最佳。 (4)利用稀土元素镧(La)与羧甲基纤维素钠(CMC-Na)的配位反应，制备了组成为[C6H7(OH)2CH2COO]3La的羧甲基纤维素镧配合物，对其结构进行了初步的表征，有望成为木塑复合材料的相容剂。

目录

文摘

英文文摘

声明

绪论

一、引言

二、植物纤维的组成结构

三、木塑复合材料的研发进展

四、改善植物纤维与热塑性塑料相容性的方法

五、本研究的目的、意义和创新点

第一章桐壳纤维的表面偶联活化改性研究

第一节前言

第二节实验部分

一、原料与试剂

二、仪器

三、实验内容

四、表征

第三节结果与讨论

一、植物纤维的筛选

二、FT-IR

三、偶联剂用量对体系粘度的影响

四、偶联剂用量对沉降体积的影响

五、相对沉降高度与放置时间的关系

六、温度对白油——桐壳纤维体系粘度的影响

七、改性桐壳纤维填充量模拟测定

第四节小结

第二章桐壳纤维的预处理对其可及度的影响

第一节前言

第二节实验部分

一、原料与试剂

二、仪器

三、桐壳纤维预处理

四、样品表征

第三节结果与讨论

一、超声波作用对纤维素预处理效果的影响

二、加热处理对桐壳纤维处理效果的影响

三、冷冻处理对桐壳纤维处理效果的影响

四、NaOH预处理对桐壳纤维处理效果的影响

第四节结论

第三章PE／桐壳纤维复合材料制备及其力学性能研究

第一节 前言

第二节实验部分

一、原料与试剂

二、仪器

三、样品的制备

四、性能测定

第三节结果与讨论

一、不同种类的偶联剂对木塑复合材料力学性能的影响

二、偶联剂用量对木塑复合材料冲击强度和拉伸强度的影响

三、偶联剂对木塑复合材料吸水率的影响

四、复合体系的微观形貌

第四节结论

第四章氧化钙协同微波处理桐壳纤维与PVC／桐壳纤维复合材料的制备研究

第一节前言

第二节实验部分

一、原料与试剂

二、仪器

三、样品的制备

四、性能表征

第三节结果与讨论

一、氧化钙的用量对模拟植物纤维干燥平衡过程的影响

二、微波干燥对植物纤维可及度的影响

三、氧化钙协同微波干燥的预处理效果

四、干燥模型推测

五、氧化钙协同微波辅助干燥的PVC木塑复合制品的加工性能

第四节小结

第五章木塑复合材料专用相容剂CMC-La的制备

第一节前言

第二节实验部分

一、原料与试剂

二、仪器

三、羧甲基纤维素钠与镧的配合物的制备

四、样品表征

第三节结果与讨论

一、羧甲基纤维素与镧的配位聚合物的一般性质

二、元素分析结果及化学组成式的确定

三、FT-IR

四、XRD

五、配合物结构图

第四节 结论

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历