木薯渣/PBS可生物降解复合材料的制备与性能研究

摘要

木薯渣是淀粉提取后的固体残余物，其产量随着中国对木薯需求量的增长而逐年增多。但目前对木薯渣的利用仍缺乏比较有效的方法，导致大量的木薯渣被直接丢弃于自然界中，这不仅对环境产生较大的污染，而且也造成了自然资源的浪费。因此，本实验本着绿色环保的原则，以实现木薯渣高值化利用，提高木薯渣与PBS塑料基体界面相容性为目的，利用废弃木薯渣和PBS为主要原料，4，4'-亚甲基双异氰酸苯酯(MDI)为改性剂，制备了可生物降解复合材料。利用FT-IR、接触角对木薯渣的改性结果进行表征分析，同时研究了复合材料改性前后的力学性能、热稳定性、吸水性、降解性以及拉伸断裂面的变化。
　　(1)通过多组实验分析研究了复合材料的制备工艺条件，并综合复合材料的生产成本、材料的综合性能等方面考虑，确定木薯渣用量10％，颗粒尺寸60目，热压温度130℃，热压时间10min，热压压力10MPa。
　　(2)浸泡24h后，纯PBS吸水率为0.48％，原木薯渣含量为10％的复合材料吸水率为1.31％;当木薯渣含量为30％时，其吸水量迅速增长至14％，接近纯PBS的29倍。MDI改性提高了木薯渣的疏水性，其表面接触角可维持在100°以上，此时材料也具有较低的吸水性，在浸渍24h后，其吸水率为0.69％（木薯渣含量为10％）。
　　(3)扫描电镜发现原木薯渣与PBS的界面相容性差，复合材料的断裂面处有较多的孔洞和塌陷，进而导致材料的力学强度较差。经MDI改性后，可有效改善木薯渣与PBS的界面粘附性，拉伸断裂面光滑、整齐。与原木薯渣/PBS复合材料相比，当加入10％的改性木薯渣时，复合材料的拉伸强度从16.96MPa增至20.26MPa，提高了19.46％，弯曲强度变化较小;当改性木薯渣含量为30％时，材料的拉伸强度和弯曲强度相较于未改性前，分别提高了72％、20.89％。
　　(4)通过生物降解性研究发现，添加木薯渣提高了复合材料的降解性，木薯渣含量越高，材料的质量损失率也越高。木薯渣质量分数为30％的复合材料，经过60d土埋降解后其质量损失率可达15.72％，接近纯PBS(1.12％)的14倍。另外，MDI改性后复合材料的降解性变化不明显。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 木薯渣

1．2 木薯渣的综合利用

1．2．1 用于生产动物饲料

1．2．2 用于造纸方面

1．2．3 作为植物栽培基质

1．2．4 用于发酵生产沼气

1．2．5 用于生产燃料乙醇

1．2．6 其他应用

1．3 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

1．3．1 聚丁二酸丁二醇酯的简介

1．3．2 聚丁二酸丁二醇酯的性能与应用

1．4 天然植物纤维/可生物降解塑料生物质复合材料

1．4．1 生物质复合材料的特性

1．4．2 可降解生物质复合材料的研究进展

1．4．3 生物质复合材料的降解性能

1．5 研究目的与内容

第二章 木薯渣/PBS可生物降解复合材料制备工艺研究

2．1 前言

2．2 试剂与仪器

2．2．1 实验原料及试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 木薯渣化学成分测定

2．3．2 原材料的预处理

2．3．3 木薯渣/PBS复合材料的制备

2．4 测试与分析

2．4．1 复合材料力学性能的测试

2．4．2 热稳定性研究

2．4．3 差示扫描量热仪(DSC)

2．4．4 复合材料吸水性研究

2．4．5 复合材料的表面形态分析

2．5 结果分析与讨论

2．5．1 原材料的化学特性分析

2．5．2 复合材料力学性能的检测

2．5．3 木薯渣添加量对复合材料热稳定性的影响

2．5．4 复合材料吸水性能的检测

2．5．5 扫描电镜分析

2．6 本章小结

第三章 异氰酸酯改性木薯渣/PBS可生物降解复合材料的制备与性能研究

3．1 前言

3．2 实验药品与仪器

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 原材料的预处理

3．3．2 异氰酸酯改性木薯渣

3．3．3 改性木薯渣与PBS的混合

3．3．4 改性木薯渣/PBS可生物降解复合材料的制备

3．4 测试与分析

3．4．1 改性木薯渣的特性分析

3．4．2 复合材料的性能检测

3．4．3 复合材料的表面形态分析

3．5 结果与讨论

3．5．1 改性木薯渣特性分析

3．5．2 复合材料性能的检测

3．6 本章小结

第四章 木薯渣/PBS可生物降解复合材料的降解性研究

4．1 前言

4．2 实验药品与仪器

4．3 实验方法

4．3．1 改性木薯渣的制备

4．3．2 复合材料的制备

4．3．3 降解性测试

4．3．4 扫描电镜分析

4．3．5 热稳定性测定

4．4 结果与讨论

4．4．1 复合材料降解性能的研究

4．4．2 降解对复合材料表面形态的影响

4．4．3 降解对复合材料热稳定性的影响

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况