乙酰木粉基熱塑性復合材料的制備與性能研究(摘要)

張明明(1.中國林業科學研究院，北京 100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，江蘇 南京 210042)

近年來，隨著環境污染的日益加重，環境友好型材料越來越受到人們的關注與支持。在這個前提下，天然植物資源與傳統材料復合制備生物質復合材料已成為新的研究熱點，這同時也是復合材料科學發展的必然趨勢，其應用前景非常廣闊。木粉是自然界最豐富的可再生資源，它來源廣泛，價格低廉，對環境無污染，因此其開發應用是生物質材料領域研究的熱點之一。

本實驗對木粉進行酯化處理，得到乙酰化木粉(AWF)，AWF、傳統的塑料粒子及環保型增塑劑通過擠出、注塑的工藝制備復合材料。與傳統的木塑材料相比，以期在材料的疏水性和熱穩定性及加工性能方面得到改善。利用生物質制備綜合性能優良、性價比高、對環境友好的高分子新材料提供新的途徑。論文的主要研究內容和結論如下:

首先對AWF的制備過程進行了研究。討論了活化溫度、活化時間、反應時間、溫度及物料配比等因素對酯化反應程度和產物性能的影響。研究得出的適宜工藝條件為:活化條件:冰醋酸/木粉=8/1，活化溫度40℃，活化時間2 h;酯化條件:醋酸酐/木粉=4/1，高氯酸/木粉=1/8，乙酰化溫度50℃，乙酰化時間2 h。采用紅外光譜(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)、核磁共振碳譜(13C-NMR)、熱重分析(TG)等表征了產物的結構和性能，乙酰基引入，降低了纖維素的結晶度，材料的熱穩定性得到提高;

通過雙螺桿擠出、注塑工藝制備AWF與低密度聚乙烯(LDPE)、聚乳酸(PLA)共混材料，采用吸水率測定、接觸角及表面能計算、熱重分析(TG)、動態力學熱分析(DMA)、掃描電鏡(SEM)等表征共混材料的力學性能、耐水性能、熱學性能和形態結構。比較看出AWF共混材料相對WF的共混材料其具有更好的疏水性能，吸水率降低了接近80%，同時AWF共混材料的熱穩定性在一定程度上得到了提高。力學性能測試表明AWF共混材料在加工過程中的黏度、扭矩等相對較小，說明其具有較好的加工特性。DMA顯示AWF共混材料具有較寬的玻璃轉變溫度區間，說明材料的柔性相對較高。

研究了二醋酸甘油酯(GD)、三醋酸甘油酯(GT)、檸檬酸三乙酯(TEC)、檸檬酸三丁酯(TBC)四種環保型增塑劑對AWF/LDPE共混材料的改性。添加增塑劑后共混材料的加工性能都得到了不同程度的改善，加入增塑劑的比例超過20%時，材料的斷裂伸長率明顯得到提高，其中以二醋酸甘油酯在20%時添加量時力學性能相對最好;共混材料的熱學性能研究中，增塑劑的加入，擴寬了共混材料玻璃轉變溫度區間變寬，提高了材料的可塑性。同時對增塑劑的遷移研究中得出，檸檬酸三丁酯具有較好的穩定性。

乙酰化木粉;酯化;環保型增塑劑;雙螺桿擠出;注塑