纖維素納米晶改性聚丁二酸丁二醇酯材料的制備及結構與性能研究.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，拉伸強度介于聚丙烯和聚乙烯之間，在低于100℃時具有良好的熱穩(wěn)定性，這些優(yōu)勢都使得PBS材料在食品包裝領域具有巨大的應用潛力。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復合板材材料。結果表明，隨著CN的含量逐漸由0％上升至15％，

2、復合材料的彎曲強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PBS材料的力學性能，當CN的含量超過滲透闕值（VRC）后還會進一步形成剛性的滲透網(wǎng)絡結構，使PBS/CNs復合材料的彎曲模量較大程度上提高。
　　隨著CNs含量的提高，PBS基復合薄膜材料的拉伸強度出現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當CNs的含量為3％時，復合PBS/CNs薄膜材料的拉伸強度達到最大值

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，卻造成復合材料拉伸強度和楊氏模量出現(xiàn)下降，這是由于CNs含量較高時容易在PBS基質中分散性不好，產(chǎn)生應力缺陷。相對于板材材料，薄膜材料的力學性能更容易受到應力缺陷影響。采用乙?；腃Ns（ACN）對PBS材料進行填充改性，隨著ACN含量由0％增加到7％時，對應的拉伸強度和楊氏模量會逐漸增加至38.6MPa和398.3MPa。而對于PBS/CNs復合材料

4、，對比當CNs的含量為7％時，其拉伸強度分別為21.2MPa和402.6MPa。這是由于ACN在疏水性的PBS基質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基質中具有更好的分散性，使ACN能夠在PBS材料中實現(xiàn)較高的填充量，以進一步提高對PBS基薄膜材料的拉伸強度。
　　偶氮二甲酰胺（AC）是目前使用最為廣泛的化學發(fā)泡劑，通過引入AC/ZnO發(fā)泡體系還能夠實現(xiàn)PBS/CNs復合發(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，而泡孔密度出現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當CNs的含量為5％，對應的泡孔孔徑最小，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固體質點具有潤濕性，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)生團聚，導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、絡的形成也會破壞PBS基質的連續(xù)性結構，導致泡孔孔壁容易發(fā)生破裂。隨著CNs含量的逐漸增加，PBS/CNs復合發(fā)泡材料的彎曲強度同樣呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當CNs的含量為5wt％時彎曲達到最大值，即6.3MPa。CNs作為納米增強填料通過本身的剛性能夠增強PBS基材料的彎曲性能，并且CNs還具有促進泡孔成核的作用，使得泡孔孔徑減小，尺寸分布均勻。因此當CNs的含量超過了5wt％時，泡孔合并或泡孔破裂現(xiàn)象導致了應力缺陷的產(chǎn)生，并最終使P