改性稻草的制備及性能研究.pdf

1、隨著塑料污染的日益嚴(yán)重，可降解塑料的研究已經(jīng)成為世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的熱點(diǎn)之一。本課題利用醚化改性反應(yīng)對(duì)稻草進(jìn)行化學(xué)改性，使其轉(zhuǎn)化為具有一定熱塑性的材料，并對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)及物化性能進(jìn)行測(cè)定。 在研究中，將纖維素改性方法應(yīng)用于稻草改性，以環(huán)氧氯丙烷和氯化芐作為醚化劑，NaOH作為預(yù)處理劑、溶脹劑，以季銨鹽作為相轉(zhuǎn)移催化劑(PTC)，得到有一定增重率的改性稻草粉，討論并分析了預(yù)處理前后稻草的性能及化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，得出了稻草改性的優(yōu)化反應(yīng)條

2、件，并分析了改性的可行性及其原理，從而確定了最佳改性條件：在預(yù)處理階段，用10％的NaOH先浸泡粉碎后的稻草12h，再蒸煮1h；在芐基化改性階段，每克稻草采用氯化芐8.00mL，水6.00mL，濃度為6.0mol/L的NaOH8.00mL，十六烷基三甲基溴化銨0.010g，在100℃下，反應(yīng)4h，得到增重率為68.78％的芐基化稻草。紅外光譜分析、X-ray衍射分析和差示掃描量熱分析表明芐基化稻草的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，出現(xiàn)了147.53

3、℃的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度，在此溫度以上材料就可以產(chǎn)生部分流動(dòng)，說(shuō)明稻草部分被改性成為熱塑性物質(zhì)。 通過(guò)對(duì)未處理稻草和芐基化改性稻草分別以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)與聚乙烯(PE)共混，測(cè)其力學(xué)性質(zhì)可知，對(duì)于稻草粉末和芐基化改性稻草，隨著其加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度都相應(yīng)下降。雖然兩者的力學(xué)性能均有降低，但降低幅度很小，通過(guò)比較可知芐基化改性稻草能更有效地替代聚乙烯(PE)，隨加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，對(duì)拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度的

4、變化比未改性稻草的下降趨勢(shì)平緩。同時(shí)，芐基化稻草與塑料共混的相應(yīng)力學(xué)性能的值大于未處理稻草粉末的共混物。改性稻草與未處理稻草粉末相比更適合作為聚乙烯(PE)的填料或替代品。 用毛細(xì)管流變儀對(duì)改性后的稻草樣品與聚乙烯塑料的混合物進(jìn)行了流變性測(cè)定，探討了混合物中改性稻草的含量、共混物的剪切應(yīng)力、剪切速率、溫度對(duì)表觀粘度的影響。結(jié)果表明，改性后稻草樣品與聚乙烯的混合物具有一定的流動(dòng)性，屬于非牛頓流體；表觀粘度隨著混合物中改性稻草含量的

5、增加逐漸增加；隨著溫度的升高而逐漸降低；而對(duì)非牛頓指數(shù)的影響卻正好相反，即混合物中改性稻草含量增加，n值減小；溫度升高，n值隨之變大，改性稻草含量為10％的試樣其非牛頓指數(shù)n在0.4～0.7之間，且粘度與溫度的關(guān)系曲線基本符合Arrhenius方程，試樣粘流活化能為29.7kJ/mol。 采用生物降解方法以及光降解方法檢測(cè)芐基化改性稻草的降解性能，并與天然稻草降解速率進(jìn)行比較。 在生物降解實(shí)驗(yàn)中，從土壤里提取菌源，經(jīng)過(guò)平

6、板稀釋法，提純并分離能降解纖維素的微生物，以天然稻草與芐基化改性稻草為唯一碳源，在30℃恒溫箱中振蕩培養(yǎng)，然后，利用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)量溶液中所含有的還原糖，在540nm波長(zhǎng)下測(cè)定光密度值，求出樣品中還原糖的含量。試驗(yàn)測(cè)得微生物在天然稻草中的葡萄糖含量高于芐基化改性稻草。 光降解研究是利用QUV耐候加速儀UVA-340(英國(guó))來(lái)估測(cè)改性稻草暴露在室外環(huán)境中的降解效果。通過(guò)天然稻草與芐基化改性稻草的失重率的比較。得出芐基

7、化改性稻草的降解能力：經(jīng)過(guò)600h的紫外照射，芐基化改性稻草的失重率達(dá)到13.5％左右，而天然稻草的失重率達(dá)到13％左右。在最初的350小時(shí)內(nèi)，芐基化改性稻草失重率較迅速，而后，失重率減緩。而天然稻草在在最初的250小時(shí)內(nèi)，失重率較迅速，而后，失重率減緩。 最后對(duì)生物降解以及光降解的天然稻草與芐基化改性稻草進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)稻草粉中部分羥基已被取代發(fā)生了改性，改性后的稻草木質(zhì)素含量有了明顯的降低。隨著降解的進(jìn)行，脂肪族化合物