小麦秸秆纤维及其复合材料的制备与性能研究

【摘要】：小麦秸秆是重要的农业废弃物，也是在世界范围内广泛存在的可再生资源。在煤、石油、天然气的储存量日益减少的今天，开发利用农作物秸秆生产新能源以放到国家能源发展战略地位。由于小麦秸秆资源丰富、价格低廉、加上它突出的优点是具有生物可降解性和可再生性，在解决人类面临的能源、资源和环境问题方面有重要作用。合理、高效地利用这些大量的可再生、可降解、价格低廉的小麦秸秆资源，使其变废为宝已成为目前研究的热点课题。 本论文重点研究了小麦秸秆纤维与聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的制备与性能研究，重点在下面几个方面进行了大量实验和研究。 首先，研究了利用稀烧碱溶液处理小麦秸秆以制备用于复合材料的小麦秸秆纤维，研究了氢氧化钠溶液质量分数、液固比、处理温度和处理时间等工艺参数与小麦秸秆纤维失重率的关系，并对所制备的小麦秸秆纤维的强伸性能、表面性能进行了测试。结果表明，小麦秸秆经稀烧碱溶液处理（氢氧化钠溶液质量分数4%、液固比30mL/g、处理温度100℃、处理时间60min）后制备的小麦秸秆纤维力学性能与原样相比没有明显损伤，但内、外表面结构均变得疏松，比表面积增大，滴水接触角变小，从而提高了聚合物聚乳酸对秸秆纤维的浸润性能，提高了二者之间界面的粘结性。该研究结果为利用小麦秸秆制备秸秆纤维增强聚乳酸复合材料提供参考。 其次，研究聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的热压工艺，通过热压压力、温度、时间和小麦秸秆纤维质量分数的单因子与正交试验，以复合材料力学性能为评价指标得出了最佳的热压工艺条件为：热压压力10MPa，热压温度175℃，热压时间5min，小麦秸秆纤维质量分数60%；最优工艺条件下制备的复合材料的拉伸强度为13.57MPa，拉伸模量为3746.21MPa，弯曲强度为39.55MPa，弯曲模量为4989.78MPa，冲击强度为183.44J/m。 再次，通过测试该复合材料在不同pH值PBS缓冲液降解过程中的吸水率、质量损失率和拉伸性能，并用扫描电子显微镜(SEM)观察降解过程中复合材料的表面形貌变化，研究其随时间变化的降解性能。结果表明，在不同pH值的PBS缓冲液中，聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的吸水率、质量损失率都随着降解时间的增加而增大，但后期增大比较缓慢；复合材料在弱碱性环境中降解最快，弱酸性环境次之，中性环境最慢；随着降解时间的增加复合材料的拉伸强度和杨氏模量明显降低，表面由光滑变成凹凸不平，小麦秸秆纤维裸露在表面。 最后，对高温碱处理法制备小麦秸秆纤维进行了探索，结果发现，高温条件下碱处理法制备小麦秸秆纤维可以降低碱的浓度，在温度125℃、NaOH质量分数2.5%时，复合材料的力学性能最优；高温碱处理法制备的小麦秸秆纤维接触角小，纤维浸润性能好。 【关键词】：小麦秸秆纤维 聚乳酸 复合材料 碱处理 降解 力学性能
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 前言9-11
• 1.1.1 课题的研究背景9
• 1.1.2 小麦秸秆及其应用9-11
• 1.2 小麦秸秆处理的方法及进展11-13
• 1.2.1 物理方法11-12
• 1.2.2 化学方法12-13
• 1.2.3 生物方法13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.3.1 国内现状13
• 1.3.2 国外现状13-14
• 1.4 课题研究的意义、内容及创新14-17
• 1.4.1 研究目的及意义14
• 1.4.2 研究内容及创新点14-17
• 第二章 小麦秸秆纤维的制备与性能研究17-27
• 2.1 小麦秸秆纤维碱法制备的原理17
• 2.2 实验部分17-19
• 2.2.1 实验材料及仪器17
• 2.2.2 实验方法17-18
• 2.2.3 表征及测试18-19
• 2.3 结果与讨论19-24
• 2.3.1 碱处理工艺参数对小麦秸秆失重率的影响19-21
• 2.3.2 纤维素含量21-22
• 2.3.3 强伸性能22
• 2.3.4 表面形貌22-23
• 2.3.5 浸润性能23-24
• 2.4 本章小结24-27
• 第三章 聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的制备工艺27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-30
• 3.2.1 实验材料及仪器27-28
• 3.2.2 实验方法28-29
• 3.2.3 表征及测试29-30
• 3.3 结果与讨论30-36
• 3.3.1 热压压力对复合材料力学性能的影响30-31
• 3.3.2 热压温度对复合材料力学性能的影响31-32
• 3.3.3 热压时间对复合材料力学性能的影响32-34
• 3.3.4 小麦秸秆纤维质量分数对复合材料力学性能的影响34-35
• 3.3.5 正交试验结果分析35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的降解性能研究37-43
• 4.1 引言37
• 4.2 实验部分37-38
• 4.2.1 实验材料及仪器37
• 4.2.2 实验方法37-38
• 4.2.3 表征及测试38
• 4.3 结果与讨论38-41
• 4.3.1 降解过程中吸水率的变化38-39
• 4.3.2 降解过程中质量损失率的变化39-40
• 4.3.3 降解过程中拉伸性能的变化40-41
• 4.3.4 降解过程中表面形貌的变化41
• 4.4 本章小结41-43
• 第五章 高温制备小麦秸秆纤维的工艺探究43-49
• 5.1 引言43
• 5.2 实验部分43-44
• 5.2.1 实验材料及仪器43
• 5.2.2 实验方法43
• 5.2.3 表征及测试43-44
• 5.3 结果与讨论44-47
• 5.3.1 NaOH 质量分数与温度对复合材料拉伸性能的影响44-45
• 5.3.2 NaOH 质量分数与温度对复合材料弯曲性能的影响45-46
• 5.3.3 浸润性能变化46-47
• 5.4 本章小结47-49
• 第六章 结论与不足49-51
• 6.1 论文结论49
• 6.2 不足之处49-51
• 致谢51-53
• 参考文献53-58
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文58

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