羽毛角蛋白改性脲醛树脂模压秸秆花盆力学及降解性能

摘要

为解决现有秸秆模压花盆使用不可降解脲醛树脂导致秸秆花盆废弃后难降解的问题,该研究使用还原法从家禽废弃羽毛中提取角蛋白,替代部分尿素与甲醛缩聚合成改性脲醛树脂,并与微生物改性的水稻秸秆混合模压成一种绿色环保可降解花盆.采用傅立叶红外光谱和热重分析仪探讨改性脲醛树脂的官能团变化及热力学性质,同时采用三点弯曲试验、微生物降解能力试验及土壤掩埋降解试验探究模压制备秸秆花盆的力学强度变化和生物降解性能.结果表明:角蛋白能够降低脲醛树脂中的游离甲醛含量,提升胶黏剂的粘度,角蛋白中的-NH和-COOH基团有利于与脲醛树脂的共聚,从而形成交联网络.角蛋白质量为尿素总量3％时,代表树脂缩聚交联结构的第三热解峰对应温度285.8°C,相比于未改性脲醛树脂提升5.0％,热稳定性最好,与脲醛树脂相比,添加角蛋白的改性脲醛树脂的最终残碳量均不同程度降低,有利于其制备的复合材料自然降解.与此同时,角蛋白质量为尿素总量3％时,改性脲醛树脂模压制备的秸秆花盆弹性模量和抗弯强度最优,分别为2552和47.7 MPa,相比于未改性脲醛树脂制备的花盆提升8.97％和85.59％.角蛋白质量为尿素总量5％时,改性脲醛树脂模压制备的秸秆花盆生物降解性能最佳,28 d后微生物在秸秆花盆表面的生长面积达到91.2％,6个月后秸秆花盆的剩余质量百分比为64.10％,相比于未改性脲醛树脂降解速度提升80.95％.该研究提供一种可降解秸秆花盆创制方式,合理消纳废弃畜禽羽毛和农业秸秆,可为废弃物处置利用提供参考.