乙酰化改性水稻秸秆沼渣/聚氯乙烯复合材料的制备与性能研究

摘要

水稻秸秆产量大，利用率低，秸秆与聚酯类塑料复合的材料化利用是增加水稻秸秆利用率的新途径。本文采用厌氧预处理和乙酰化接枝相结合的方法对水稻秸秆进行了改性，制备了水稻秸秆/聚氯乙烯(PVC)复合材料。通过对改性水稻秸秆和秸秆/PVC复合材料的结构和性能的研究，得出如下结论: (1)水稻秸秆经30天厌氧发酵处理，发现随着发酵时间的延长，秸秆纤维结构被破坏，表面变得粗糙，30天后结晶度减少了4％，同时10-30天秸秆中的羟基吸收峰逐渐减弱，羟基含量减少，极性降低。此外，由于秸秆中稳定性较差的生物质成分被分解，木质素积累，水稻秸秆的热分解温度提高了40℃。 (2)以经30天厌氧发酵得到的水稻秸秆沼渣和乙酸酐反应进行接枝改性，并通过L9(34)正交试验探究了秸秆沼渣乙酰化的最佳条件。结果表明，乙酰化反应的最优条件是温度140℃，时间4小时，10ml乙酸酐/g沼渣，0.08 g催化剂/g沼渣，此条件下获得的最大乙酰化增重率为23.7％。 (3)未处理水稻秸秆(RS)、秸秆沼渣(BR)和乙酰化沼渣(ABR)的结构和性质对比发现，ABR中未检测出-OH的红外吸收峰，而出现了极强的C=O吸收峰，说明乙酸酐成功接枝到了BR上。同时ABR表面形成了一层酯化膜，修补了BR中的部分结构缺陷。ABR的纤维素结晶度显著降低。另外，相比于BR，ABR的热分解起始温度提高了30℃，热稳定性进一步增强。 (4)相比于RS/PVC复合材料，BR/PVC和ABR/PVC有更好的疏水性和热稳定性，但是ABR/PVC的玻璃化转变温度略微提高。ABR/PVC拉伸和弯曲性能相比于RS/PVC明显增强，分别提高了29.4％和25.5％。同时，不同的ABR添加比例也是影响复合材料的流变性和力学性能的重要因素，研究表明，10％-30％的ABR添加比例有助于降低复合材料的粘度，改善其流变性能。且随着ABR添加比例的增加，ABR/PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐降低，30％ABR含量的复合材料弯曲强度最大，相比于纯PVC弯曲强度增加了2.1MPa，力学性能显著改善。 综合以上结论，对水稻秸秆进行厌氧发酵处理和乙酰化改性能有效改善水稻秸秆的物化性质，提高水稻秸秆和聚氯乙烯的相容性，增强秸秆复合材料的力学性能，有助于水稻秸秆的材料化利用。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1秸秆的成分组成和利用

1．1．1秸秆的成分和结构

1．1．2秸秆利用现状

1．2秸秆改性方法及其复合材料研究进展

1．2．1物理改性方法

1．2．2化学改性方法

1．2．3生物改性方法

1．3研究的目的及意义

1．4研究的主要内容

1．4．1厌氧发酵对水稻秸秆成分和结构的影响

1．4．2水稻秸秆沼渣乙酰化条件探究

1．4．3乙酰化改性秸秆复合材料制各及性能探究

2厌氧发酵机理分析和水稻秸秆沼渣性质研究

2．1材料和方法

2．1．2实验仪器

2．1．3实验药品

2．2表征及性能测定

2．3结果与讨论

2．3．1水稻秸秆厌氧发酵的沼气产量

2．3．2水稻秸秆成分变化分析

2．3．3水稻秸秆纤维的表面特征

2．3．4纤维素晶体结构分析

2．3．5分子结构特征变化分析

2．3．6热稳定性分析

2．4本章小结

3水稻秸秆沼渣乙酰化改性方法研究

3．1实验材料

3．1．1实验原料

3．1．2实验仪器

3．2实验方法

3．2．1乙酰化正交试验

3．2．2表征及性质测定

3．3实验结果与分析

3．3．1乙酰化反应的正交试验结果分析

3．3．2 FTIR分析

3．3．3秸秆表面形态分析

3．3．4纤维素晶体结构

3．3．5热降解性质分析

3．4本章小结

4水稻秸秆／聚氯乙烯(PVC)复合材料的制备与性能的研究

4．1实验原料与仪器

4．1．1实验原料

4．1．2实验药品

4．1．3实验仪器

4．2实验方法

4．2．2秸秆／PVC复合材料性能表征

4．3实验结果与分析

4．3．1秸秆／PVC复合材料横断面形态分析

4．3．2吸水性分析

4．3．3表面接触角分析

4．3．4热塑性质分析

4．3．5秸秆／PVC复合材料的力学性能

4．4本章小结

5 ABR填充量对PVC基复合材料性能的影响

5．1实验材料和方法

5．1．1实验原料和仪器

5．1．2实验方法

5．2复合材料性能测试

5．3结果与讨论

5．3．1 ABR填充量对复合材料流变性的影响

5．3．2 ABR填充量对复合材料拉伸性能的影响

5．3．3 ABR填充量对复合材料弯曲性能的影响

5．3．4 ABR填充量对复合材料断裂伸长率的影响

5．4本章小结

6结论与展望

6．1研究结论

6．2创新点

6．3展望

致谢

参考文献

附录