基于农作物组分的聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)力学调控

摘要

随着化石能源的枯竭以及对于环境污染问题的关注，人们越来越多的将目光投入到可生物降解聚酯的研究。聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）P(3,4)HB具有很好的可生物降解性以及易加工性因而受到了很大的关注，但是由于其有限的力学性能以及过高的价格限制其的大规模应用，因此必须对P(3,4)HB改性制备性能优异、成本低廉的复合材料。与化学改性相比，传统的物理混合（熔融共混）方法由于其成本低、易于工业化制造因而被作为有潜力的方法被用于聚酯材料的生产。其中，农作物粗产品（去壳亚麻籽粉）或其副产物（魔芋飞粉）由于其可再生、易得、可降解，成本低等优势可作为增强生物质填料改性P(3,4)HB制备“绿色材料”。基于此，本论文的主要思路是利用生物质填料去壳亚麻籽粉和魔芋飞粉作为增强填料改性制备成本低廉、高附加值的聚酯复合材料。 本论文的研究内容主要为：①通过密炼混合热压成型制备一系列不同填料比例的复合材料，研究不同含量填料对复合材料性能的影响；②通过化学法-组分分离去壳亚麻籽粉的不同组分，研究不同组分对于复合材料性能的影响，探讨多组分协同作用影响复合材料力学性能的机理③通过实验数据与理论模拟推导填料（魔芋飞粉）与基质间的界面相互作用及其增强机理（包括不同聚酯的物理化学因素的影响）；④建立基于去壳亚麻籽粉和魔芋飞粉改性的可降解材料力学性能的调控方法。 本文取得研究成果主要包括： (1)用去壳亚麻籽粉改性P(3,4)HB，当去壳亚麻籽粉的含量为25份时，复合材料的断裂伸长率上升了461%，通过组分分析与分离确定油脂（塑化作用）复合材料断裂伸长率升高的关键组分，同时动态流变学结果分析表明油脂与蛋白质的多组分协同作用是复合材料力学性能变化的关键因素。 (2)去壳亚麻籽粉并未影响复合材料的热性能（熔点和玻璃化转变温度）并且保持基质的原始晶体结构。 (3)用不含油脂的魔芋飞粉改性P(3,4)HB，当魔芋飞粉的含量为10份时，复合材料的断裂伸长率和拉伸强度分别提高了205%和111%，通过对黏附作用的定性分析，其力学性能增强的主要原因是填料与基质之间的强的界面相互作用。 (4)魔芋飞粉并未影响复合材料的热性能（熔点和玻璃化转变温度）并且保持基质的原始晶体结构。 (5)魔芋飞粉的添加使复合材料的热稳定性大大提高，初始分解温度从220?C提高到了260℃，且仅仅需要5份的魔芋飞粉。 (6)在保持力学性能的基础上，通过成本核算，去壳亚麻籽粉降低复合材料成本为19-23%，魔芋飞粉降低复合材料成本为5%?23%。将魔芋飞粉和去壳亚麻籽粉作为生物质填料用于复合材料领域不仅能扩展其使用范围并且能创造良好的经济效益。 (7)对于 P(3,4)HB来说调整其力学性能可以通过添加塑化作用的成分；另一方面来说，从结构上来说，适宜的粘度有利于填料的分散，而适宜的结晶度又降低了其相分离的几率从而使填料与基体之间的黏附作用增强。以上因素可用于P(3,4)HB复合材料力学性能的调控。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 可生物降解聚合物

1.3 PHAs复合材料

1.4 可再生资源

1.5 课题设计及主要研究内容

第2章 P(3,4)HB/去壳亚麻籽粉复合材料

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 不同组分复合材料性能影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 P(3,4)HB/魔芋飞粉复合材料

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录