生物可降解材料PHBV的改性以及苧麻-PHBV復合材料性能的研究.pdf

1、隨著生物材料技術的發(fā)展及人們環(huán)保意識的不斷增強，綠色復合材料由于其優(yōu)異的生物相容性和降解性引起了廣泛的關注。聚（3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯）（PHBV）是由微生物發(fā)酵合成的熱塑性樹脂，其原材料來源完全不依賴石油，具有良好的生物相容性和可降解性，其力學和熱學性能與聚丙烯類似，是一種極具應用潛力的熱塑性塑料。苧麻纖維是天然纖維中高強高模的代表，且在我國具有豐富的自然資源，很適合做復合材料的增強體。苧麻增強 PHBV復合材料能滿足復

2、合材料的基本性能要求，且具有良好的生物可降解性，是極具發(fā)展前景的綠色復合材料。
　　本文研究共分三部分：第一部分是PHBV改性，由于PHBV結晶度高、晶球大導致其材料的脆性很大，很大程度上影響了其在復合材料領域中的應用。本課題分別采用 PHBV/PBS熔融共混及PHBV/PBS化學共聚的方法對PHBV改性，并通過對改性前后PHBV熱性能、結晶性能、化學成分以及力學性能進行分析，研究改性效果。第二部分是苧麻/PHBV復合材料界面改性

3、。為改善親水性苧麻與疏水性 PHBV之間的界面相容性，課題分別采用了丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯氣氛等離子體處理苧麻纖維表面，研究等離子體處理對苧麻/PHBV復合材料界面剪切強度的影響。第三部分是對復合材料力學性能進行研究。采用熱壓的方法制備了苧麻織物增強 PHBV的復合材料，通過力學性能的分析研究了PHBV/PBS共混改性對復合材料性能的影響以及丙烯酸甲酯等離子體處理對復合材料性能的影響。
　　采用 PHBV/PBS熔融共混的方法改性

4、 PHBV，研究了不同 PBS添加量對共混材料性能的影響。差示量熱掃描（DSC）測試顯示共混物的熱性能曲線上出現(xiàn)兩個獨立的熔融峰，結合掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到的共混材料斷裂面上清晰的相界面，說明 PHBV與PBS不相容；紅外光譜（FTIR）及X射線衍射（XRD）分析顯示PBS的添加對PHBV的化學基團以及晶型基本沒有影響；通過偏光顯微鏡（POM）觀察及等溫結晶速率測試發(fā)現(xiàn) PBS的加入能有效阻礙PHBV的結晶，明顯減小PHBV的晶

5、體尺寸，有利于增強材料的韌性。拉伸性能測試顯示PHBV/PBS共混后，材料的斷裂伸長率明顯提高，且隨著PBS含量的增加而提高。
　　采用PHBV/PBS（80/20）共聚的方法對PHBV改性。DSC曲線中偏移的熔融峰以及斷裂面中模糊的相界面顯示出PHBV與PBS經(jīng)共聚后一定的相容性，且經(jīng)POM觀察顯示共聚材料的晶體尺寸明顯減小，有助于提高 PHBV的韌性。經(jīng)力學性能測試，共聚后材料的的斷裂伸長率是純PHBV的4倍，高于PHBV/P

6、BS（80/20）共混材料的斷裂伸長率。
　　采用丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯氣氛的等離子體處理對苧麻纖維表面進行疏水性改性。經(jīng)過等離子體處理后苧麻纖維表面的粗糙程度明顯提高有助于苧麻與 PHBV的機械契合，而氣氛的不同對纖維表面的粗糙程度影響不明顯。纖維表面的碳元素經(jīng)等離子體處理后有所提高，且60s丙烯酸甲酯處理后纖維表面的碳元素含量提高最明顯。接觸角測試發(fā)現(xiàn)經(jīng)過等離子體處理后表面的接觸角從66.3°提高到86.4°。拉拔測試結果顯示

7、經(jīng)等離子體處理后苧麻與 PHBV界面剪切強度（IFSS）都有不同程度提高，其中丙烯酸甲酯60s處理組的IFSS提高最明顯，達到21.1MPa，與未處理組相比提高了31.1％。
　　通過熱壓的方法制備苧麻織物增強 PHBV復合材料，并通過力學的測試研究了PHBV/PBS共混改性對復合材料性能的影響以及丙烯酸甲酯等離子體處理對復合材料性能的影響。復合材料力學性能測試顯示共混改性后苧麻增強 PHBV復合材料的拉伸強度略有下降，但彎曲強度