机械活化强化木薯酒糟固相醋酸酯化及其制备全纤维复合材料的研究

摘要

木薯在生产工业酒精过程中会产生大量的酒糟废弃物，若当废物弃掉，既造成生物质的浪费，也造成环境污染。木薯酒糟的利用，不但可以提高木薯的附加值，生物质资源得到充分利用，还可以有效的改善环境，减少环境污染，具有很好的社会效益和经济效益。
　　全纤维复合材料(All Fiber Composite Materials，AFCM)是一种绿色环保、资源循环型新材料，它是利用各种植物纤维（如木粉、剑麻、竹、农作物秸秆、植物果实纤维等），经化学方法改性后，纤维内部热塑化，再经过高压高温挤压或混炼成型的一种性优价廉的新型复合材料。
　　本文拟对广西丰富的木薯酒糟剩余物进行全纤维复合材料的制备研究及开发应用探讨，研究内容及结果如下:
　　(1)采用自制搅拌球磨机对木薯酒糟进行边机械活化边进行酯化反应，以增重率为指标，研究反应时间、反应温度、酯化剂用量、催化剂(ZnCl2)用量等因素对木薯酒糟酯化改性效果的影响，结果表明，以10.00g木薯酒糟为基准，醋酸酐与原料的质量比为3∶1，反应温度为80℃，催化剂占原料质量的30％，反应时间为2.0h，该条件下所制备木薯酒糟的增重率为96.8％。对不同增重率下酯化产物的活化度进行测试，结果表明，增重率越大，产品活化度越高，疏水性越强。
　　(2)采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)对酯化改性产物的微观形貌、结晶结构、分子基团、热性能进行分析表征。FT-IR分析显示，酯化产物在1740cm-1出现酯基吸收峰，证明固相酯化反应的发生和酒糟酯化产物的生成;SEM分析表明，木薯酒糟纤维素不再呈现束状结构，而被逐步打断甚至打碎成小颗粒。增重率为28.8％、47.4％、96.8％的木薯酒糟纤维素酯的XRD结晶指数分别为42.88％、42.75％、18.03％，呈纤维素Ⅰ型的结晶变体，证明无定形态的增加;DSC分析表明，酯化产物具有非晶体的玻璃化转变温度及较低的熔融温度，增重率越大，玻璃化温度、熔融温度越低。
　　(3)以木薯酒糟酯化产物为原料，直接热压成型制备全纤维复合材料。研究了热压温度、热压时间、热压压力、不同增重率对全纤维复合材料力学性能的影响，以确定全纤维复合材料最佳配方。结果表明:以增重率96.8％的酯化产物为原料，热压温度120℃、热压压力为8MPa、热压时间为5min条件下所制备的全纤维复合材料性能较佳，其各项指标分别为:弯曲强度16.118MPa，弯曲弹性模量1.945GPa，拉伸强度4.811MPa，断裂伸长率0.491％。
　　(4)对制备的全纤维复合材料耐水性、耐环境温度、耐水蒸稳定性、耐酸碱性等应用性能进行了初步探讨，结果表明，增重率越高，即酯化程度越大，产品的吸水率越低;在室温下全纤维复合材料的抗弯性能比较稳定，温度过低或过高都导致复合材料抗弯性能下降;全纤维复合材料在水蒸气中放置时间越长，对抗弯性能影响越大;复合材料在酸、碱环境中抗弯性能均下降，碱性环境影响更大。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 全纤维复合材料

1．1．1 引言

1．1．2 全纤维复合材料的研究进展

1．1．3 全纤维复合材料的应用

1．2 纤维素官能团化热塑改性研究

1．2．1 纤维素热塑性

1．2．2 纤维素官能团化热塑改性

1．2．3 酯化剂

1．2．4 木薯酒糟

1．2．5 催化剂

1．3 纤维素热塑改性环境

1．3．1 液相

1．3．2 固相

1．4 机械活化

1．4．1 机械活化的作用原理

1．4．2 机械活化的应用

1．6 研究内容

第二章 机械活化强化木薯酒糟固相醋酸酯化改性研究

2．1 实验原料、仪器及分析方法

2．1．1 主要原料及试剂

2．1．2 主要仪器及设备

2．1．3 机械活化木薯酒糟醋酸酯的制备

2．1．4 木薯酒糟酯化改性正交试验

2．1．5 分析方法

2．2 结果讨论

2．2．1 反应时间对木薯酒糟酯化效果的影响

2．2．2 反应温度对木薯酒糟酯化效果的影响

2．2．3 醋酸酐用量对木薯酒糟酯化效果的影响

2．2．4 催化剂用量对木薯酒糟酯化效果的影响

2．2．5 正交试验直观分析

2．2．6 产物增重率对活化度的影响

2．2．7 FT-IR分析

2．2．8 SEM分析

2．2．9 XRD分析

2．2．10 DSC分析

2．3 本章小结

第三章 木薯酒糟全纤维复合材料的制备

3．1 实验材料、仪器及分析方法

3．1．1 主要原料及试剂

3．1．2 主要仪器及设备

3．1．3 实验方法

3．1．4 分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 热压温度对复合材料力学性能的影响

3．2．2 热压压力对复合材料力学性能的影响

3．2．3 热压时间对复合材料力学性能的影响

3．2．4 不同增重率产物对复合材料力学性能的影响

3．3 本章小结

第四章 全纤维素复合材料的应用性能和结构表征

4．1 实验原料、仪器及分析方法

4．1．1 主要原料及试剂

4．1．2 主要仪器及设备

4．1．3 实验与分析方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 复合材料的耐水性

4．2．2 浸水时间对复合材料性能的影响

4．2．3 环境温度对复合材料弯曲强度的影响

4．2．4 pH值对复合材料弯曲强度的影响

4．2．5 复合材料的耐水蒸气尺寸稳定性及力学性能变化

4．2．6 全纤维复合材料微观形貌分析

4．3 本章小结

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