植物纤维增强型淀粉基泡沫材料的制备及性能研究

1、植物纤维增强型淀粉基泡沫材料的制备及性能研究泡沫塑料制品在现阶段已经成为了人类日常生活中不可或缺的一部分 , 在农业、工业、服务业等诸多行业和领域都得到了广泛应用。目前 , 使用较为广泛的泡沫材料均以石油及石油衍生物为基材通过一定的成型方法而得到的。但石油基泡沫塑料难降解、回收利用率低、对自然环境造成了很大的负担。而淀粉基泡沫材料具有原料可再生、可完全生物降解等优点。 因此 , 在取代石油基泡沫塑料方面极具前景。但以天然玉米淀粉作为基材制备的淀粉基泡沫材料存在脆性大、 压缩力学性能差的缺点 , 从而限制了淀粉基泡沫材料的应用。本研究采用对淀粉塑化改性破坏其氢键作用的手段 , 使淀粉分子结构无序

2、化 , 提高天然淀粉的塑化性。 利用植物纤维长径比大、 且与淀粉分子结构相似的特性 , 在泡沫材料中搭建网状结构 , 作为机械支撑骨架 , 提高泡沫材料的压缩力学性能。 主要研究结果如下 :(1) 采用小型密炼机作为玉米淀粉塑化工具 , 选取甘油、乙二醇、甲酰胺和复合塑化剂分别对玉米淀粉进行塑化改性 , 并探讨了用量对玉米淀粉的塑化效果的影响。结果表明 , 四种塑化剂均能够破坏淀粉的结晶结构 , 与淀粉形成分子间氢键 ; 塑化效果最好的是甲酰胺 , 其次分别为复合塑化剂、甘油 , 而乙二醇的塑化效果最差。 其中 , 当复合塑化剂塑化改性淀粉时 , 其对淀粉的塑化效果并没有产生协同和抵制作用 ,

3、 只是产生了简单的共混作用。当淀粉与甲酰胺的比例为 10:4.5 时, 对玉米淀粉的塑化改性效果最佳。(2) 采用正交实验和单因素实验设计的方法 , 以塑化改性淀粉为基材 ,PVA 为胶黏剂、 AC为发泡剂以及蒙脱土为成核剂等 , 分别讨论PVA用量、发泡温度和蒙脱土用量对淀粉基泡沫材料性能的影响规律,并对淀粉基泡沫材料的最佳工艺条件进行研究。结果表明, 制备淀粉基泡沫材料的最佳工艺条件为: 发泡时间为 4 min、发泡温度为 145、PVA溶液浓度为 25%、PVA用量占淀粉质量比40%、AC占淀粉质量比3%、蒙脱土用量占淀粉质量比4%。此时 , 淀粉基泡沫材料的密度为0.460 g/cm3

4、 、孔隙率为 40.1%、回弹率为 51.5%, 压缩强度为 2.020MPa,弹性模量为 1.9 MPa, 具有良好的压缩强度 ; 其次 , 蒙脱土作为成核剂可以有效改善淀粉基泡沫材料的泡孔结构, 提高泡沫材料的孔隙率 , 降低密度。 (3) 为了进一步提高淀粉基泡沫材料的压缩强度 , 采用单因素实验方法 , 探讨了阔叶木纤维和针叶木纤维添加量对淀粉基泡沫材料各性能的影响 , 并对其增强机理进行研究。 结果表明 , 植物纤维增强淀粉基泡沫材料的压缩强度主要依靠于植物纤维与淀粉之间相互搭建形成的网状结构以及纤维自身的强度用以抵抗外界力对泡沫材料内部结构的破坏 , 故添加少量的植物纤维可以有效降

5、低淀粉基泡沫材料的密度 , 提高其压缩强度。其中 , 当阔叶木纤维的添加量为 5%时 , 淀粉基泡沫材料的压缩强度最高 , 达到 6.062 MPa; 当针叶木纤维的添加量为 6%时, 淀粉基泡沫材料的压缩强度最高 , 达到 7.431 MPa。而针叶木纤维由于其长纤维强度高、 与塑化改性淀粉间形成的网状结构较均匀从而使得淀粉基泡沫材料的压缩强度较好。综上所述 , 以塑化改性淀粉为基材制备的淀粉基泡沫材料具有良好的缓冲性和压缩力学性能 ; 其次 , 添加蒙脱土可以有效调节淀粉基泡沫材料的泡孔结构, 提高泡沫材料的各项性能 ; 除此之外 , 向淀粉基泡沫材料中添加一定量的植物纤维 , 由于淀粉与植物