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纳米纤维素/聚乳酸复合材料的制备与研究

李明珠  
【摘要】:聚乳酸是一种新型环境友好型生物降解高分子材料,但是其性脆、软化点低,需要对其进行增强改性。本文利用纳米纤维素对聚乳酸进行改性,研究纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能。研究内容包括:(1)利用杨木木粉、棉花为主要原料,采用化学处理方法结合机械处理方法,制备纳米纤维素。(2)利用制备的纳米纤维素制备具有高模量、高强度的纳米纤维素膜。(3)比较混溶法和浸渍法制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能。(4)分析不同机械处理对纳米纤维素/聚乳酸复合材料性能的影响。(5)分析不同浸渍时间对纳米纤维素/聚乳酸复合材料性能的影响。结论如下: (1)利用化学方法脱除木质原料中的木质素及大部分半纤维素,然后机械处理制得了形貌尺寸均一、网状缠结的木质纤维素纳米纤丝。木粉纤维素经过研磨30min结合均质制备的纳米纤维素直径尺寸最小且分布均匀,长径比最大,达到了1200。 (2)通过透光率、机械性能、断面和热膨胀系数分析,说明在研磨30min结合超声60min、研磨60min、超声60min结合均质和研磨60min结合均质几种机械制备方法中,研磨30min结合均质制备的纳米纤维素膜的透光率、机械性能和热稳定性优于其他几种制备方法。木粉与脱脂棉制备的纳米纤维素膜相比,木粉制备的纳米纤维素膜的性能更好。 (3)通过对混溶法制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料进行分析,说明加入少量的纳米纤维素后,聚乳酸的力学性能、热稳定性、阻隔性能都在一定程度上有了提高,纳米纤维素在聚乳酸中分散很均匀,与聚乳酸没有发生化学反应,而是通过物理作用结合,通过强烈的氢键的相互作用,达到分子水平的复合。 (4)通过对浸渍法制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料进行分析,说明与纳米纤维素膜复合后,聚乳酸的力学性能、热稳定性显著提高,复合材料的断面呈三层结构,聚乳酸完全渗透到纳米纤维素中,但是由于纳米纤维素的含量较大,所以复合材料的阻隔性能和透光率降低。 (5)通过对混溶法和浸渍法制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料进行分析比较,说明混溶法制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料由于制备方法的原因,复合材料中的纳米纤维素的含量受到限制,纳米纤维素含量一旦增加,就会发生团聚、分散不均匀现象,所以聚乳酸性能的改善受到限制。而浸渍法制备的纳米纤维素的含量能达到60%以上,对聚乳酸的性能有很大的提高。 (6)通过对不同机械处理方法制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料进行分析比较,说明不用机械处理方制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能是不一样的。研磨30min结合均质制备的纳米纤维素的机械性能最好,热膨胀系数最小,吸水率最低,透光率最高。 (7)通过对不同浸渍时间制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料进行分析比较,说明不同浸渍时间制备的纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能是不一样的。在一定范围内,随着时间的增加,纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能逐渐变好。由实验结果分析可知,浸渍8个小时是最佳的时间。浸渍时间太短,纳米纤维素/聚乳酸复合材料的性能差,但是时间过长的话,又会对聚乳酸造成很大的浪费。


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