纖維素納米晶改性聚丁二酸丁二醇酯材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、開發(fā)生物可降解聚合物一直以來都是環(huán)境保護(hù)和節(jié)約化石資源的重要研究課題。其中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一種白色、無味、無毒的生物可降解聚酯材料，具有良好的可加工性，拉伸強(qiáng)度介于聚丙烯和聚乙烯之間，在低于100℃時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性，這些優(yōu)勢(shì)都使得PBS材料在食品包裝領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。本文通過硫酸酸解法從棉短絨中提取纖維素納米晶（CN），利用熔融加工制備出PBS/CNs復(fù)合板材材料。結(jié)果表明，隨著CN的含量逐漸由0％上升至15％，

2、復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量上升到15.2MPa和728MPa，為未改性PBS材料的1.65倍和1.83倍，說明CN本身所具有的剛性能夠增強(qiáng)PBS材料的力學(xué)性能，當(dāng)CN的含量超過滲透闕值（VRC）后還會(huì)進(jìn)一步形成剛性的滲透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使PBS/CNs復(fù)合材料的彎曲模量較大程度上提高。
　　隨著CNs含量的提高，PBS基復(fù)合薄膜材料的拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)CNs的含量為3％時(shí)，復(fù)合PBS/CNs薄膜材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值

3、，即27.36MPa，相比純PBS薄膜材料上升了14.3％，隨著CNs的含量繼續(xù)增加，卻造成復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和楊氏模量出現(xiàn)下降，這是由于CNs含量較高時(shí)容易在PBS基質(zhì)中分散性不好，產(chǎn)生應(yīng)力缺陷。相對(duì)于板材材料，薄膜材料的力學(xué)性能更容易受到應(yīng)力缺陷影響。采用乙酰化的CNs（ACN）對(duì)PBS材料進(jìn)行填充改性，隨著ACN含量由0％增加到7％時(shí)，對(duì)應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量會(huì)逐漸增加至38.6MPa和398.3MPa。而對(duì)于PBS/CNs復(fù)合材料

4、，對(duì)比當(dāng)CNs的含量為7％時(shí)，其拉伸強(qiáng)度分別為21.2MPa和402.6MPa。這是由于ACN在疏水性的PBS基質(zhì)之中具有更好的相容性，并且表面修飾降低了CNs表面羥基上的氫鍵作用，使其在PBS基質(zhì)中具有更好的分散性，使ACN能夠在PBS材料中實(shí)現(xiàn)較高的填充量，以進(jìn)一步提高對(duì)PBS基薄膜材料的拉伸強(qiáng)度。
　　偶氮二甲酰胺（AC）是目前使用最為廣泛的化學(xué)發(fā)泡劑，通過引入AC/ZnO發(fā)泡體系還能夠?qū)崿F(xiàn)PBS/CNs復(fù)合發(fā)泡材料的制備，

5、CNs在PBS熔體中發(fā)揮了異相成核的作用，隨著CNs的含量逐漸增加，PBS/CNs的泡孔孔徑出現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，而泡孔密度出現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)CNs的含量為5％，對(duì)應(yīng)的泡孔孔徑最小，即187？m。而泡孔密度最大，即7.1×105cell/cm3。這是由于熔體中的氣體對(duì)固體質(zhì)點(diǎn)具有潤濕性，熔體中的氣泡在CNs的表面形成泡孔核心。而高含量下CNs容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致形成的氣泡孔徑分布不均勻，并產(chǎn)生泡孔合并現(xiàn)象，另外CNs的三維滲透網(wǎng)

6、絡(luò)的形成也會(huì)破壞PBS基質(zhì)的連續(xù)性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泡孔孔壁容易發(fā)生破裂。隨著CNs含量的逐漸增加，PBS/CNs復(fù)合發(fā)泡材料的彎曲強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)CNs的含量為5wt％時(shí)彎曲達(dá)到最大值，即6.3MPa。CNs作為納米增強(qiáng)填料通過本身的剛性能夠增強(qiáng)PBS基材料的彎曲性能，并且CNs還具有促進(jìn)泡孔成核的作用，使得泡孔孔徑減小，尺寸分布均勻。因此當(dāng)CNs的含量超過了5wt％時(shí)，泡孔合并或泡孔破裂現(xiàn)象導(dǎo)致了應(yīng)力缺陷的產(chǎn)生，并最終使P