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当IND4原创丨有机塑料Bioplasti

发布时间:2021-09-12 01:25:51 阅读: 来源:乘用车厂家
当IND4原创丨有机塑料Bioplasti

IND4原创丨有机塑料(Bioplastic)- 农业废料可代替木材用于塑料复合材料的填充料

作为农作物废料的小麦秸秆,通过一定的处理,可以作为复合材料的环保可持续型填充料使用,其性能等于或优于木-塑复合材料。

木材是千百年来在建筑、 工具、 家具、 纸张产业,作为一种天然的纤维基复合材料广泛应用。近年来,木-塑复合材料 (WPCs)作为木材的替代品而出现,主要用于户外的甲板。 WPCs中的木材通常来自木材加工业的废料。WPCs行业不断地寻找创新的木质纤维替代材料。因为天然木材开采对环境的影响越来越备受关注。农业废物(如,小麦秸秆)是一种高度可用的可再生木质纤维素的纤维。这种资源可持续,也比废木料便宜多了。

然而,天然纤维具有亲水性的化学性质,常见的合成聚合物是疏水性的,两者化学性能的差异让两者不相容。此外,木质纤维的主要构成,纤维素分子,之间的氢键阻碍了纤维分散至聚合物分子矩阵中,从而影响最终的材料性能。为了克服这些问题,纤维素纤维必须经过预处理和表面改性,改善其分散和其与聚合物基体的相容性。

因此,来自以色列的两位专家研究了两步法来解决这些问题。 首先,他们使用“蒸汽闪爆”法来打碎小麦秸秆的纤维素。通过环保的蒸汽闪爆法,从纤维分离出半纤维素和木质素,同时也让纤维非纤维化,增加他们的长宽比和表面积。接着,他们用硅烷化合物(或者十六烷基三甲氧基硅烷(HDS)、AEAPS)对纤维的表面进行化学改性。他们对用小麦秸秆纤维增强的PP复合材料的热机械性能进行了测试,并与木-塑复合材料进行比较。目标是为木-塑行业找到可持续性的木材替代材料。

因此,他们对比研究了四种类型的小麦秸秆纤维(见表 1)。用全反射红外光谱法 (ATR-IR)对纤维表面进行化学改性。然后,使用双混合挤出机生产PP和这些纤维材料的复合材料,并且同时生产一PP 和商业木尘的复合材料做对比用。然而,未经处理的小麦秸秆纤维和PP的复合材料,因为严重的热降解使其不具备可加工性。这些复合材料的组分都是80(PP)比20(纤维)。用于注塑模具制作成标准样品用于测试它们的热机械性能。在这里列出拉伸、 弯曲、冲击和流变试验的结果。

简写说明:

常常就是使用塑料中空制品

WF - 未经处理的小麦秸秆纤维

SF - 蒸汽闪爆法处理的小麦秸秆纤维

HF - HDS化学改性的小麦秸秆纤维

AF - AEAPS城镇的建设、管理、运营化学改性的小麦秸秆纤维

ATR-IR红外光谱结果证实了小麦秸秆纤维如预期的被改性了(见图1)。蒸汽闪爆法减少了秸秆中木质素和半纤维素的数量,因而增加了纤维素的含量。

图 1。

四种类型的小麦秸秆纤维通过全反射红外光谱法 (ATR-IR) 获得的衰减光谱 (见表 1 )。光谱证实了改性的小麦秸秆纤维的化学特性。

这些复合材料的力学性能汇总在图2。PP的刚度(杨氏模量)都被提高了,木粉增强提升了44%(相比于纯PP),小麦秸秆纤维增强提升了48% (以SF样品为例)。通过AF增强的PP获得了最好的提升,达到了57%。所有复合材料的弯曲模量也被改善了(与纯PP相比,提升了20%至50%)。冲击强度提升最大的是HF增强的复合材料(达到51%)。能量吸收的机制- 纤维/基体界面分开脱离可能影响到这种增韧效果。

图 2。

木尘 (WD) 或小麦秸秆纤维增强后,聚丙烯 (PP)的机械性能均显著提高。PP/x的组分比列:80/20。

通过平行板流变仪测定的220 C流变结果见图3。木粉降低了材料的共混物粘度,因为粉末粒子具有低的纵横比。相反,因为纤维/纤维、纤维/基体的相互作用,所有三种类型的小麦秸秆纤维使得共混物粘度增加了。在低剪切速率下(图中的较低频率),这种趋势越来越大。在高剪切速率,纤维的影响减小了,基体对粘度的影响增加了。

图3

220 C 平行板流变仪测定材料的共混物粘度 (η#)。PP材料中加入小麦秸秆纤维增加了低剪切率 (较低的频率)下的共混物粘度。相比之下,添加木粉,黏度下降。

总之,他们研究了作为农业废料的小麦秸秆纤维经过蒸汽闪爆、化学改性后填充到PP后增强效果。小麦的生长周期短,使得它比木粉更加环保,更具可持续性。改性的秸秆纤维是一种具有成本效益的材料,能有效减少二氧化碳排放。在PP中加20%的经过化学改性秸秆能显著提高其热机械性能,尤其是冲击强度和杨氏模量。比加20%的木粉的效果相当或者会他们假想会将之利用在航空航天的结构检测、助燃剂、防冰和导电领域更好。这项研究的下一步将是改变秸秆纤维与PP和其他聚合物混合的含量,来测定其对热机械性能的影响。终极目标是将这些复合材料应用到各种领域。

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