木薯酒糟的机械活化偶联改性及其制备木塑复合材料

摘要

木塑复合材料(WPC)是以非极性或极性很小的热塑性塑料为基体、强极性的植物纤维填充或增强的复合材料。由于极性、亲水性的植物纤维与非极性、疏水性的热塑性塑料之间没有良好的相容性,应力往往集中在两者复合界面上,所制备的材料宏观上表现为力学性能较差。针对这一问题,本文拟采用边机械活化边偶联改性的方法对木薯酒糟进行表面改性处理来提高其与热塑性塑料基体的相容性,从而提高复合材料的力学性能。
　　(1)将处理后的木薯酒糟与 PVC及助剂在高速混合机中混合均匀,然后在平板硫化机中模压成型,制备木薯酒糟/PVC复合材料。首先研究了木薯酒糟填充量、偶联剂种类及其用量对材料力学性能的影响,在此基础上,采用边机械活化边偶联改性的方法对木薯酒糟进行表面改性处理,考察机械活化时间、机械活化温度等因素对木薯酒糟/PVC复合材料力学强度的影响。并通过 FT-IR、XRD、SEM对机械活化前后酒糟进行表征,研究机械活化对酒糟铝酸酯偶联改性的强化作用机理。研究结果表明:当固定成型条件为温度170℃、压力5MPa、时间12min条件下,酒糟填充量50％,铝酸酯用量1%,机械活化温度80℃,活化时间25min,所制备复合材料弯曲强度为39.51MPa,拉伸强度为15.24MPa。FT-IR分析表明,机械力使酒糟纤维分子间氢键作用减弱,自由羟基含量增大;X-射线衍射分析表明,机械力使酒糟纤维结晶区减少,无定形区增加;SEM分析表明,机械力使酒糟比表面积增大,表面有凹凸结构沟槽及疏松孔隙结构,当PVC充满或部分充满木薯酒糟表面的凹面或孔隙后,分子接触后在表面发生不规则渗透,通过固化在界面区形成各种形式的啮合结构,而使两者界面获得了较高的结合强度。
　　(2)固定酒糟填充量50%、铝酸酯用量1%、机械活化温度80℃、活化时间25min,以所制备材料的弯曲强度、拉伸强度为评价指标,研究复合材料成型温度、成型压力、成型时间三个成型工艺条件对所制材料力学强度的影响,并采用正交实验优化复合材料的成型工艺条件。成型工艺条件对木塑复合材料弯曲强度、拉伸强度影响因素的排列顺序为:成型温度>成型压力>成型时间。正交实验优化的成型工艺条件为:成型温度195℃,成型压力6MPa,成型时间12min,所制得木塑复合材料力学强度为49.59MPa,21.84MPa。
　　(3)研究不同酒糟表面改性方式对木薯酒糟/PVC复合材料的力学强度、24h吸水率、各方向尺寸平均变化率、力学强度变化等的影响,并采用SEM观察木薯酒糟/PVC复合材料断面微观结构。实验研究结果表明:机械活化偶联改性法效果最好。铝酸酯可以有效降低酒糟吸水率,而机械活化作用使得铝酸酯对酒糟的表面包裹更均匀,材料断面界面模糊,说明机械活化偶联改性使酒糟能在PVC基体中均匀分布,使酒糟与PVC基体间的界面相容性得到提高。酒糟填充量50%下,机械活化偶联改性的复合材料在弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、24h吸水率、24h吸水厚度膨胀率等方面均达到了普通木塑复合材料和家具及装修用木塑复合材料的理化性能标准。

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第一章 文献综述与立题背景

1.1 木塑复合材料

1.2 木塑复合材料的主要原料（PVC与木薯酒糟）

1.3 木塑复合材料研究中的关键问题

1.4 机械活化

1.5 课题研究背景及研究意义

1.6 研究内容

第二章 机械活化偶联处理对木塑复合材料性能的影响

2.1 实验原料、仪器及分析方法

2.2 实验结果与讨论

2.3 FT-IR分析

2.4 XRD分析

2.5 SEM分析

2.6 小结

第三章 木薯酒糟/PVC复合材料模压成型工艺研究

3.1 实验原料、仪器及分析方法

3.2 实验结果与讨论

3.3 小结

第四章 木薯酒糟/PVC复合材料性能研究

4.1 实验原料、仪器及分析方法

4.2 不同表面改性方法对复合材料性能的影响

4.3 复合材料耐水性

4.4 复合材料断面形貌分析

4.5 机械活化偶联改性复合材料性能

4.6 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文