由于石化類商品的負(fù)面影響，導(dǎo)致迫切需要開發(fā) 基于可生物降解和自然材料的環(huán)境友好且具有成本 競爭力的系統(tǒng)?？缮锝到饩酆衔镆蚱渖锵嗳菪?和可持續(xù)性受到了極大關(guān)注，這些聚合物與聚乙烯 （PE）和聚丙烯（PP）等熱塑性塑料具有相似的力 學(xué)性能和熱性能，其中聚（3-羥基丁酸酯-4-羥基丁 酸酯）（P34HB）被認(rèn)為是最具有前景的環(huán)保聚合物 的代表。然而，與傳統(tǒng)的油基聚合物相比，生物聚合 物市場仍然相對較小，因為價格昂貴，熱處理窗口窄， 脆性高。

1 實驗

1.1 材料

主要實驗材料：80 目楊木粉，臨潁縣立昌木業(yè) 有限公司；P34HB，天津國韻生物材料有限公司；硅 烷偶聯(lián)劑 KH550（AR），南京創(chuàng)世化工助劑有限公司； 無水乙醇（AR），天津市大茂試劑廠；冰醋酸（AR）， 天津化學(xué)試劑三廠；四氟乙烯膜片，天津天塑濱海氟 塑料制品有限公司。

1.2 儀器

主要儀器有風(fēng)冷式粉碎機(jī)（FL-30，江陰市滿達(dá) 機(jī) 械 設(shè) 備 有 限 公 司 ）； 電 熱 恒 溫 鼓 風(fēng) 干 燥 箱 （DHG-9240A，天津科諾儀器設(shè)備有限公司）；真空 干燥箱（一恒DZF-6050，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）； 電動攪拌器（JJ-1，金壇市中大儀器廠）；高速混合機(jī) （BF-D10KG，東莞市奔凡通用機(jī)械有限公司）；自 動熱壓機(jī)（CARVER3895，美國邁可諾技術(shù)有限公 司）；平板硫化機(jī)（XLB，青島亞東機(jī)械集團(tuán)有限公 司）；掃描電子顯微鏡（JSM-IT300LV，日本電子公 司）；傅里葉變換紅外光譜分析儀（ThermoFisher Scientific iS5，美國賽默飛世爾科技公司）；熱重分析 （SDT650，美國 TA 儀器）；動態(tài)熱機(jī)械分析儀 （DMA+450，德國耐馳儀器制造有限公司）；萬能試 驗機(jī)（Instron 3369，美國英斯特朗公司）。

1.3 方法

1.3.1 原材料的預(yù)處理

將 80 目木粉在 103 ℃條件下的鼓風(fēng)干燥箱中干 燥 12 h，P34HB 在 80 ℃真空干燥箱中干燥 6 h。

1.3.2 木粉的改性

配置蒸餾水和無水乙醇體積比為 1∶9 的乙醇水 溶液于 1000 mL 的燒杯中，按照總質(zhì)量為 150 g，分 別稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%，1%，2%，4%，8%的 KH550； 將不同量的 KH550 分別加入到配置好的乙醇水溶液 中，用冰醋酸調(diào) pH 至 4~5，攪拌均勻；將燒杯口用 保鮮膜密封，常溫條件下水解 1.5 h。將木粉加入 KH550/乙醇水溶液中，電動攪拌 2 h，隨后在通風(fēng)櫥 自然風(fēng)干 12 h，待乙醇和冰醋酸揮發(fā)后，將改性木粉 在 103 ℃條件下烘干 6 h，冷卻至室溫后密封備用。

1.3.3 樣品制備

將總質(zhì)量為 150 g 的改性木粉與 P34HB 按照質(zhì) 量比 1∶1 稱取，放入高速混合機(jī)以 1420 r/min 的轉(zhuǎn) 速共混 4 min，然后將混合物均勻鋪平在 250 mm×250 mm×2 mm 的厚度規(guī)模具中，在溫度為 170 ℃，壓力 為 170 kN 的條件下熱壓 10 min。完成熱壓后將模具 放入 1 MPa 條件下的平板硫化機(jī)中冷壓 3 min，取下 厚度規(guī)獲得 KH550 改性木粉/P34HB 復(fù)合材料。

1.3.4 性能檢測

1）掃描電子顯微鏡（SEM）。將樣品斷面粘在載 物臺上進(jìn)行噴金，通過掃描電子顯微鏡觀察樣品的斷 面結(jié)構(gòu)。
2）傅里葉變換紅外光譜（FTIR）。裁取適量KH550 改性木粉/P34HB 復(fù)合材料于測試樣品臺，研 磨壓片，將其放在傅里葉變換紅外光譜分析儀進(jìn)行檢 測，分辨率為 4 cm−1，掃描 32 次。
3）熱重分析（TGA）。將樣品制成粉末狀，取 5~10 mg 于坩堝中，放入熱重分析儀中在氮?dú)饬鞣諊?下進(jìn)行測試，在常溫下以 10 ℃/min 的速率升溫至 600 ℃。
4）動態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）。通過動態(tài)熱機(jī)械 分析儀對試樣進(jìn)行測試。采用三點(diǎn)彎曲模式，將試樣 裁成 50 mm×10 mm×2 mm 的樣條，DMA 圖在頻率為 1 Hz，幅度為 15 μm，載荷為 5 N，從−50~150 ℃的 溫度范圍內(nèi)以 2 ℃/ min 的加熱速率記錄。
5）力學(xué)性能。根據(jù) GB/T 1040—2006 和 GB/T9341—2008分別對 KH550 改性木粉/P34HB 復(fù)合材 料的拉伸性能和彎曲性能進(jìn)行測試。拉伸性能和彎曲 性能分別檢測 5 個樣品，然后取平均值。

2 結(jié)果

未經(jīng)改性的木粉和 P34HB 粘附性相對較弱，因此兩者是分離的。未經(jīng)改性的木 粉制備的復(fù)合材料的斷裂面具有很高的粗糙度，有明顯的纖維拔出現(xiàn)象，許多纖維拔出的孔洞清晰可見。波長范圍為 500~4000 cm−1。從圖 2 可知，隨著 KH550 含量的增 加，3400 cm−1 處—OH 的伸縮振動峰有所增強(qiáng)，大概 因為是過量偶聯(lián)劑的加入可以誘發(fā)木粉內(nèi)羥基數(shù)量 的增加。與未加入 KH550 的復(fù)合材料相比，質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為 0.5%的 KH550（簡稱為 KH550（5%））的復(fù) 合材料在 770 cm−1 有新的伸縮振動峰，為 Si—O—Si 鍵的特征峰，這主要是由硅醇基團(tuán)自聚合形成的。另 外，KH550 中 1108 cm−1 處的吸收峰出現(xiàn)了增強(qiáng)，應(yīng) 該是水解硅烷產(chǎn)生的硅烷醇基團(tuán)與木粉纖維形成共 價 Si—O—C 鍵，表明偶聯(lián)劑通過共聚反應(yīng)接枝到木 粉上，此時的改性效果達(dá)到最優(yōu)。1450 cm−1 為飽和 烷烴—CH2—的伸縮振動峰，說明 KH550 反應(yīng)后為復(fù) 合材料提供了大量的飽和烷烴結(jié)構(gòu)。2920 cm−1 是 C—H 的伸縮振動峰，主要來源于木粉化學(xué)組成中的 飽和烷烴鏈。

3 結(jié)語

結(jié)果表明，木粉與 P34HB 的界面相容性增強(qiáng) （SEM）；KH550 通過共聚反應(yīng)成功接枝到木粉，達(dá) 到了改性木粉的效果（FTIR）；適量的 KH550 可以改 善復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性（TGA）；隨著溫度的升高， 復(fù)合材料的儲能模量 E'呈下降趨勢，KH550（0.5%） 復(fù)合材料的 E'始終處于最大值；損耗因子 tan δ 無明 顯變化規(guī)律（DMA）；隨著 KH550 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加， 復(fù)合材料的力學(xué)性能呈先上升后下降的趨勢。在 KH550 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷 裂伸長率達(dá)到最大值；彈性模量和彎曲強(qiáng)度在 KH550 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%時達(dá)到最大值。



 

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