生物质秸秆填充废旧聚丙烯制备复合材料的性能研究

摘要

木塑复合材料(Wood-plastic composite，WPC)是以塑料为基体，木质纤维为填料，加入助剂后制得。WPC研究初期所选木质纤维主要为木粉，近年来随着森林资源的匮乏和人们环保意识的提高，废弃生物质逐渐受到研究者的关注。本文以废旧聚丙烯(WPP)为基体，以高粱秸秆纤维(SSF)和甘蔗秸秆纤维(SCF)两种常见的废弃生物质为填料，采用挤出-注塑法制备了生物质秸秆填充废旧聚丙烯复合材料。 首先，考察了秸秆纤维及助剂的种类和含量对复合材料力学及阻燃性能的影响，着重考察了 KH550/TCA201 复合偶联剂对复合材料性能的影响。结果表明，当 m(WPP):m(SSF):m(POE-g-MAH)=100:30:8，复合偶联剂(KH550:TCA201=1:1)含量为2 phr时，高粱秸秆填充废旧聚丙烯复合材料(WPP/SSF)的力学及阻燃性能达到最优；将SCF经2%NaOH溶液处理，后经2 phr KH550/TCA201复合偶联剂包覆改性，同时加入8 phr PP-g-MAH后，甘蔗秸秆填充废旧聚丙烯复合材料(WPP/SCF)性能最佳。 其次，在氮气气氛下分别考察了生物质秸秆、WPP及改性前后生物质秸秆填充废旧聚丙烯复合材料的热稳定性及其热解反应机理，研究了复合材料总体热稳定性与阻燃性能的关系。结果表明，SSF、改性SSF(MSSF)的加入均提高了WPP基体的热稳定性，WPP/MSSF、WPP/SSF复合材料的残碳率较WPP分别提高了66.6%、39.5%。WPP/MSSF、WPP/SSF复合材料的总体热稳定性与阻燃性能成正向关系，即随材料总体热稳定性的增加，其阻燃性能也随之增加。 最后，通过热重分析仪(TG)及固定床对复合材料进行热解，并采用 FTIR、GC-MS、SEM-EDS 对复合材料热解过程中气、液、固三相产物的化合物组成进行了分析。分析表明：气相产物主要由烷烃、烯烃及少量醛、酮、苯酚等化合物组成，其种类及含量较生物质单独热解相比大幅减少；热解油主要由长链烯烃及醇类组成，同时还有少量含氟、氯等污染元素的化合物产生，残碳中也有少量氟、氯元素存在，且热解温度及热解形式均会影响残碳中氟、氯化合物的产量与分布。其中随温度增加，残碳中污染元素含量增加，且慢速热解时残碳中污染元素含量要高于快速热解时残碳中污染元素的含量。

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