竹粉/PVC复合材料的制备及性能研究

摘要

天然纤维具有价格低廉、低密度、高韧性、生物降解性等优点,使得天然纤维能被用于纤维增强材料。但是由于亲水的天然纤维与疏水的塑料之间的不相容,导致复合材料的强度的下降。针对这些问题,本文采用偶联剂改性竹粉来改善与聚氯乙烯(PVC)间的相容性,在微波条件下竹纤维接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA)也是改善竹粉与PVC相容性的有效的方法之一,同时研究了纳米TiO2对复合材料抗菌性能的影响。主要结论如下:
　　 1.确定钛酸酯偶联剂的最佳用量为2％,DOP的最佳用量为10％,CPE的最佳用量为12％。
　　 竹粉经过偶联剂改性后,吸潮率低于未改性竹粉的吸潮率,且竹粉经钛酸酯偶联剂改性后的竹粉/PVC复合材料力学性能得到改善,拉伸强度和冲击强度明显提高。随着钛酸酯含量的增加,复合材料的拉伸强度和拉伸强度均升高,当钛酸酯含量为2％时,拉伸和冲击强度达到最大值,之后随偶联剂用量增加而降低。竹粉改性前后的红外光谱显示,钛酸酯、铝酸酯均可以对竹粉进行改性； SEM分析表明,钛酸酯对竹粉进行处理,改善了竹粉与PVC的相容性。
　　 2.采用响应面正交设计优化了微波接枝反应条件,其最佳接枝反应条件为:微波功率133.6W,引发剂浓度3.67×10-3mol/L,微波时间8.01min。同时得到了关于微波功率(X1),引发剂浓度(X2),反应时间(X3)的三元二次回归方程:Y=46.79667+1.07375X1+1.00000X2+0.28875X3-3.68583X1X1+0.07250X1X2+1.66500X1X3-6.05833X2X2+0.70750X2X3-0.64583X3X3
　　 对接枝共聚物进行表征,红外光谱和SEM分析表明,竹纤维的结构已经发生变化,MMA已经成功接枝到竹纤维上,接枝后的竹纤维结晶度降低,热重分析表明接枝后的竹纤维热稳定性增强,接枝后的吸潮率低于未改性竹纤维的吸潮率。
　　 将竹纤维接枝MMA与竹粉、PVC复合制备复合材料,与未处理竹粉的复合材料相比,加入接枝共聚物的复合材料的力学性能增加,SEM分析表明,接枝共聚物复合材料PVC相容性好。
　　 3.加入纳米TiO2后的竹粉/PVC复合材料力学性能得到改善。随着纳米TiO2含量的增加,复合材料的拉伸强度和拉伸强度均升高,当纳米TiO2添加量为3.2％时,复合材料的拉伸强度达到最大值。
　　 纳米TiO2对大肠杆菌的最小抑菌浓度为400mg/L,对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为800mg/L。随着纳米TiO2添加量的增加,竹粉/PVC复合材料的抗菌性能随之增加,当纳米TiO2添加量为1.2％时,复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率就大于90％,抗菌效果显著；当纳米TiO2添加量为1.6％时,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均超过了99％,复合材料具有强抗菌性能。复合材料经紫外光照老化实验后,实验结果表明复合材料具有良好的抗菌长效性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 前言

1 概述

2 木塑复合材料的研究现状

2.1 国外研究现状

2.2 国内研究现状

3 木塑复合材料的界面相容性

3.1 物理方法

3.2 化学方法

4 纳米二氧化钛光催化抗菌材料

4.1 纳米二氧化钛光催化原理

4.2 纳米二氧化钛光催化抗菌研究

4.3 纳米二氧化钛抗菌材料应用研究现状

5 本文研究内容

第二章 竹粉/PVC复合材料的制备

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验仪器

1.3 实验方法

2 结果与讨论

2.1 竹粉的表面改性

2.2 力学性能分析

2.3 改性前后竹粉的吸潮率

2.4 不同偶联剂含量的复合材料的红外光谱

2.5 SEM分析

3 小结

第三章 相容剂竹纤维-g-MMA对复合材料的影响

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验仪器

1.3 实验部分

2 结果与讨论

2.1 竹纤维接枝MMA反应条件的研究

2.2 竹纤维及接枝共聚物的吸潮率

2.3 接枝共聚物的表征

2.4 竹纤维-g-MMA对复合材料的力学性能的影响

2.5 复合材料的红外光谱

2.6 复合材料的SEM

3 小结

第四章 纳米抗菌复合材料的研究

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验仪器

1.3 实验方法

2 结果与讨论

2.1 改性纳米二氧化钛的红外光谱

2.2 不同纳米二氧化钛添加量复合材料的红外光谱

2.3 纳米二氧化钛对复合材料色度的影响

2.4 纳米二氧化钛对复合材料力学性能的影响

2.5 纳米二氧化钛的光催化活性

2.6 纳米二氧化钛复合材料的抗菌性能

3 小结

第五章 全文结论

参考文献

致谢

附录