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IND4原创丨有机塑料(Bioplastic)- 农业废料可代替

时间:2018-12-02 19:26 作者:秒速时时彩 点击:

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  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  

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