P34HB/木粉共混可降解包装材料的制备

摘要

本研究通过以毛白杨木粉和聚3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯(P34HB)为原料，采用共混热压法制备P34HB/木粉生物复合材料，希望找到一种新的包装托盘的替代材料。通过电子扫描显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、傅里叶红外光谱(FTIR)、动态热机械分析(DMA)及机械性能对复合材料的结构和性能进行表征，对复合材料进行以下研究:
　　(1)研究不同木粉含量对复合材料性能的影响，找出P34HB和木粉纤维的最优质量比。结果表明，随着木粉含量的增加，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度都有不同程度的提升，但冲击强度则持续下降。DMA分析显示随着木粉含量的增加，复合材料的损耗因子tanδ峰值先下降后上升，储能模量E'逐渐增加。复合材料的高频率模量大于低频率模量，动刚度比静刚度好。TGA和DSC表明木粉的加入提高了复合材料的热稳定性，扩宽了热加工窗口，提高了结晶度。综合分析，P34HB/木粉复合材料的最佳木粉加入量为50％。
　　(2)在P34HB和木粉的最优质量比1∶1的基础上，加入定量的马来酸酐(MAH)为偶联剂，对马来酸酐含量对复合材料的结构和性能的影响进行了表征。DSC结果表明，MAH的加入提高了P34HB/MAH/木粉复合材料的热稳定性，会降低复合材料整体的结晶度，但会增加P34HB基质中富4HB晶区的结晶度。少量MAH会提高P34HB晶体的晶体完整度。FTIR表明加入少量MAH时木粉纤维与P34HB基体之间形成了大量的酯键和氢键，使得两者界面结合力增加。随着MAH含量增加，储能模量E呈现先下降后上升的趋势，0℃以上0.5％MAH的E'最好;tanδ峰无明显变化。而随着MAH含量的增加，复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度均呈现先上升后下降的趋势，除了杨氏模量随着MAH含量增加呈现下降的趋势。综合看来，0.5％MAH对复合材料的增强效果最明显。
　　(3)选取马来酸酐最优质量添加比0.5％时的P34HB/MAH/木粉复合材料为原材料，通过自然掩埋法研究了在自然环境中100天内复合材料的降解过程，并对其各方面性能的变化进行了分析。结果表明复合材料降解前期主要是P34HB基体的降解，其后木粉纤维开始降解;降解过后的P34HB基体呈现蜂窝状，主要原因是非晶体被降解而晶体未完全降解;木粉纤维大约60天以后大分子链段被降解为小分子链段，开始降解;复合材料的质量损失大概呈现线性上升趋势，100天内质量下降了34.43％;复合材料降解后的弯曲强度和杨氏模量曲线都呈对数下降趋势，10天时弯曲强度和杨氏模量都极速下降，随着降解时间的增加下降速率减慢，80天以后趋于平衡。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1．1 木托盘

1．1．2 塑料托盘

1．1．3 木塑托盘

1．1．4 其他托盘

1．2 木塑复合材料

1．2．1 聚合物种类

1．2．2 植物纤维

1．2．3 辅助材料

1．2．4 存在问题

1．3 生物可降解材料

1．3．1 聚羟基酯肪酸酯(PHAs)简介

1．4 PHAs／植物纤维复合材料

1．4．1 PHAs／植物纤维复合材料界面相容性研究

1．4．2 PHAs与植物纤维复合研究进展

1．5 PHAs／植物纤维复合材料的降解性能

1．5．1 生物降解的研究方法

1．5．2 生物降解的评价方法

1．6．1 课题研究目的

1．6．2 课题研究意义

1．6．3 课题研究内容

2 P34HB／木粉共混复合材料的制备与性能研究

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．1．3 样品制备

2．1．4 性能检测

2．1．1 外观形貌

2．2．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．3 热性能分析

2．2．4 傅里叶红外光谱(FTIR)

2．2．5 动态热机械分析(DMA)

2．2．6 力学性能

2．3 本章小结

3 P34HB／马来酸酐／木粉共混复合材料的制备与性能研究

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设备

3．1．3 样品制备

3．1．4 性能检测

3．2．1 扫描电子显微镜(SEM)

3．2．2 热性能分析

3．2．3 傅里叶红外光谱(FTIR)

3．2．4 动态热机械分析(DMA)

3．2．5 力学性能

3．3 本章小结

4 P34HB／马来酸酐／木粉复合材料的降解性能研究

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设备

4．1．3 样品制备

4．1．4 降解条件

4．1．5 性能检测

4．2．1 表面形态

4．2．2 扫描电子显微镜(SEM)

4．2．3 质量损失

4．2．4 热性能分析

4．2．5 弯曲性能

4．3 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢