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玉米秸稈微晶纖維素

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復(fù) 合材料學(xué) 報(bào) 第 28卷第 4期 8 月 2011年 A cta M ateriae Compositae Sinica Vol 28No 4August2011 文章編號(hào) 1000 3851 2011 04 0094 05 收到初稿日期 2010 08 22 收到修改稿日期 2011 03 21 基金項(xiàng)目河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目 102300410130 通訊作者李春光副教授博士研究生主要從事生物復(fù)合材料的研究和開發(fā) E mail lichunguang zzia edu cn 玉米秸稈微晶纖維素聚乳酸復(fù)合膜的制備與性能李春光徐鵬飛李云霞王彥秋林鵬張銳鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭州 450015 摘要采用玉米秸稈微晶纖維素 CSCMC 作為增強(qiáng)材料生物可降解材料聚乳酸 PLA 作為基體制備了 CSCMC PLA 復(fù)合膜材料并對(duì)復(fù)合膜的結(jié)晶度熱穩(wěn)定性能力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合膜材料的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能優(yōu)于純聚乳酸膜當(dāng) CSCMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 時(shí) 復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能達(dá)到最佳與純 PLA 膜相比起始分解溫度提高了 34 38 拉伸強(qiáng)度提高了 58 3 斷裂伸長(zhǎng)率提高了 31 1 關(guān)鍵詞玉米秸稈聚乳酸微晶纖維素復(fù)合膜性能中圖分類號(hào) TB332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A Preparation and properties of corn stalks cellulose microcrystal reinforced poly lactic acid composite film LI Chunguang XU Pengfei LI Yunxia WANG Yanqiu LIN Peng ZHANG Rui Aeronautical M aterials Laboratory of Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management Zhengzhou 450015 China Abstract The biodegradable composite films were prepared from corn stalks cellulose microcrystal CSCMC as the filler and poly lactic acid PLA as the polymeric matrix The crystallinity the tensile properties and the thermal properties of the composite flim were tested The results show that the tensile properties and the thermal properties of the CSCMC PLA composite were improved by the addition of corn stalks cellulose microcrystal When the mass fraction of CSCMC is 10 the initial decomposition temperature increases by 34 38 the tensile strength increases by 58 3 and the elongation at break increases by 31 1 compared to that of the pure PLA Keywords corn stalks poly lactic acid cellulose microcrystal composite film properties 隨著環(huán)保意識(shí)的日漸增長(zhǎng)和各種環(huán)境新標(biāo)準(zhǔn) 的制訂人們更加注重對(duì)環(huán)境友好可生物降解材料的研究與開發(fā) 1 2 聚乳酸 PLA 是重要的環(huán)境友好型高分子材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能生物相容性生物降解性和資源可再生性 3 5 在生物醫(yī) 學(xué)工程涂料薄膜熱塑材料紡織包裝等領(lǐng)域都有巨大的市場(chǎng) 6 但 PLA 韌性和熱穩(wěn)定性差極大地限制了其應(yīng)用利用天然植物纖維素晶體作為 PLA 的增強(qiáng)劑開發(fā)出具有輕質(zhì) 高性能低成本的完全生物可降解材料是目前的研究熱點(diǎn)之一 7 9 我國(guó)是玉米種植大國(guó) 玉米秸稈年產(chǎn)量可達(dá) 2 2 億噸之多這一巨大的資源大部分被焚燒或棄之于地造成巨大的資源浪費(fèi) 10 如果能從玉米秸稈中提取出天然纖維素制備成微晶作為可生物降解材料的增強(qiáng)劑將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益為此本文作者從玉米秸稈中提取出纖維素制備成微晶作為增強(qiáng)材料制備出了玉米秸稈微晶纖維素 CSCMC 聚乳酸 PLA 復(fù)合膜材料同時(shí)對(duì)復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè) 1 實(shí) 驗(yàn) 1 1 實(shí)驗(yàn)原料玉米秸稈取于玉米田 PLA 濟(jì)南岱罡生物科技有限公司提供規(guī)格為纖維級(jí) 形狀為顆粒狀相對(duì)分子質(zhì)量為1 10 6 硫酸亞鐵銨等試劑均為分析純 1 2 CSCMC的制備 1 2 1 玉米秸稈纖維素提取玉米秸稈主要由纖維素半纖維素和木質(zhì)素等天然高分子組成并且纖維素半纖維素被木質(zhì)素緊緊包裹半纖維素部分共價(jià)和木質(zhì)素結(jié)合很難進(jìn)行分離 11 為達(dá)到較好的提取效果采用了酸堿結(jié)合的方法進(jìn)行提取玉米秸稈去葉切段沸水煮 1 h 烘干粉碎機(jī)粉碎過(guò)孔徑為630 m篩稱取10g 加入500mL質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為 5 的氫氧化鈉在55 下攪拌處理 1 5 h 后減壓抽濾用蒸餾水洗滌至中性烘箱中 40 烘干加入混合試劑體積分?jǐn)?shù)為 3 1 的冰醋酸 200 mL 與濃度為 9 5 g L 的亞氯酸鈉 200 mL 70 下攪拌處理 1 h 后觀察原料變化如原料變白則停止反應(yīng) 用丙酮浸泡抽濾 3 次用蒸餾水洗滌過(guò) 濾烘箱中干燥 1 2 2 玉米秸稈纖維素化學(xué)成分檢測(cè) 纖維素含量的測(cè)定參考范鵬程等 12 的方法稱取纖維素粉末 0 05 0 1 g 加體積分?jǐn)?shù)為80 的醋酸和10 的硝酸混合液5mL 沸水中煮25min 攪拌離心倒上清蒸餾水洗滌加 10 mL 0 0833 mol L 的重鉻酸鉀溶液和8 mL 濃硫酸攪勻沸水中煮 10 min 冷卻滴入 3 滴試亞鐵靈試劑 0 1 mol L 的硫酸亞鐵銨溶液滴定按下式計(jì)算纖維素含量 x 0 675k Va Vb m 式中 k 為硫酸亞鐵銨的濃度 mol L Va為空白滴定所消耗硫酸亞鐵銨的體積 mL Vb為溶液所消耗硫酸亞鐵銨的體積 mL m 為所取粉末的質(zhì) 量 g 半纖維素含量的測(cè)定參考熊素敏等 13 的方法稱取纖維素粉末 0 05 0 1 g 加 15 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為80 的硝酸鈣溶液煮沸5min 離心加10mL 2mol L 的鹽酸攪勻沸水浴45min 離心上清液中加入1滴酚酞 2 mol L 氫氧化鈉溶液中和至橙紅色稀釋至100mL 過(guò)濾吸取10 mL 濾液加入 10mL 堿性銅試劑沸水中煮15 min 冷卻加入 5 mL 草酸硫酸混合液和 0 5 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0 5 淀粉用 0 01 mol L 硫代硫酸鈉溶液滴定根據(jù)下式計(jì)算半纖維素含量 x 0 9 100 248 Va Vb Va Vb 10 5 m 式中 Va為空白滴定所消耗硫代硫酸鈉的體積 mL Vb為溶液所消耗硫代硫酸鈉的體積 mL m 為所取粉末的質(zhì)量 g 木質(zhì)素含量的測(cè)定參考范鵬程等 12 的方法稱取纖維素粉末 0 05 0 1 g 加 10 mL 體積分?jǐn)?shù)為 1 醋酸攪動(dòng) 5 min 離心加丙酮 5 mL 攪動(dòng) 3 min 離心洗滌干燥加入體積分?jǐn)?shù)為73 硫酸3 mL 室溫下放置 12 h 加入 10 mL 蒸餾水沸水浴 5 min 冷卻加0 5 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 氯化鋇溶液混勻離心 10 mL 蒸餾水沖洗沉淀 2次倒入上清中加入 10mL 0 0833mol L 的重鉻酸鉀溶液和 8 mL 濃硫酸沸水浴 15 min 冷卻滴 3滴試亞鐵靈試劑用0 1mol L 的硫酸亞鐵銨溶液滴定按下式計(jì)算木質(zhì)素含量 x 0 433k Va Vb m 式中 k 為硫酸亞鐵銨的濃度 mol L Va為空白滴定所消耗硫酸亞鐵銨的體積 mL Vb為溶液所消耗硫酸亞鐵銨的體積 mL m 為所取粉末的質(zhì) 量 g 1 2 3 CSCMC 的制備將提取纖維素加入到適量的 60 體積分?jǐn)?shù)的濃硫酸中在 55 搖床中處理 4 h 離心洗滌至中性所得懸浮液放入烘箱 40 干燥至恒重用球磨機(jī)粉碎得到晶體粉末 14 過(guò)孔徑為 74 m 篩 1 3 復(fù)合膜的制備參考 Suryanegara 等 15 方法按照一定比例把 CSCMC 加入二氯甲烷中勻漿儀中 3000 r min 勻漿2 min 懸浮液倒入燒杯中放入振蕩器中振蕩振動(dòng)中逐漸加入 PLA 使 CSCMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 分別為 0 2 5 10 15 至 PLA 完全溶解繼續(xù)振動(dòng) 2 h 混合液倒入聚四氟乙烯板上涂膜室溫下通風(fēng)櫥自然干燥 48 h 后取膜取下的膜在 40 下烘干 12 h 分別標(biāo)記為 PLA PLA 2 PLA 5 PLA 10 PLA 15 表 1 CSCMC PLA復(fù)合膜的組成 Table 1 Composition of the CSCMC PLA composites Samples Mass fraction PLACSCMC PLA1000 PLA 2982 PLA 5955 PLA 109010 PLA 158515 95 李春光等玉米秸稈微晶纖維素聚乳酸復(fù)合膜的制備與性能 1 4 復(fù)合膜性能檢測(cè) 采用捷克 Tescan SRO 公司T ESCAN VEGA 型掃描電鏡對(duì) CSCMC 形態(tài)和復(fù)合材料的斷面微觀形貌進(jìn)行觀察采用北京普析通用儀器有限公司 X 射線衍射儀 XD 3 對(duì)膜材料進(jìn)行測(cè)試條件 Cu 靶管壓 36 kV 管流 20 mA 掃描速度 16 min 采樣寬度0 01 掃描起始角度為10 終止角為 90 采用美國(guó) Perkin Elmer 公司熱重分析儀 Pyris1T GA 測(cè)試膜材料的熱穩(wěn)定性測(cè)試條件為 N2氣氛圍溫度范圍 20 600 采用深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司的電子 CMT 4304 型萬(wàn)能試驗(yàn) 機(jī) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T 228 2002 測(cè)量膜的拉伸強(qiáng)度 t MPa 斷裂伸長(zhǎng)率拉伸速率為 10 mm min 2 結(jié)果與分析 2 1 CSCMC的組成及形態(tài) 圖 1 為采用了酸堿結(jié)合的方法提取玉米秸稈纖維素可見(jiàn) 所提取出的玉米秸稈纖維素是一種白色細(xì)而均勻的粉末玉米秸稈纖維素的化學(xué)組成的測(cè)定結(jié)果如圖 2所示玉米秸稈纖維素粉末中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81 木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11 半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3 說(shuō)明提取出的玉米秸稈纖維素的含量較高圖 1 玉米秸稈纖維素 Fig 1 M orphology of corn stalks cellulose CSCMC 粉末掃描電鏡觀察如圖 3 所示可見(jiàn) CSCMC 主要呈微米級(jí)球形顆粒具有良好的分散性 2 2 形貌分析為確定復(fù)合材料中玉米秸稈纖維素在基體中的圖 2 玉米秸稈纖維素的化學(xué)組成 Fig 2 Chemical constituents of corn stalks cellulose 圖 3 玉米秸稈纖維素晶體 CSCMC 形態(tài) Fig 3 SEM photograph of corn stalks cellulose microcry stal CSCMC 分散性以PLA 10復(fù)合材料為例其掃描電鏡斷面形貌觀察如圖 4 所示可見(jiàn) CSCMC 較均勻地分散于聚乳酸膜中二者結(jié)合良好沒(méi)有發(fā)生明顯的團(tuán)聚說(shuō)明二氯甲烷作為一種極性有機(jī)溶劑可以較好地分散 CSCMC 同時(shí)也是 PLA 的優(yōu)良溶劑 2 3 XRD 分析圖 5為 PLA 膜及CSCMC PLA 復(fù)合膜的 XRD 譜圖可以看出純 PLA 膜未出現(xiàn)明顯衍射峰說(shuō) 明純 PLA 膜沒(méi)有晶體結(jié)構(gòu) 當(dāng)添加 CSCMC 質(zhì)量分數(shù)為 5 時(shí) 在 2 為 18 91 處出現(xiàn)了明顯的衍射峰當(dāng) CSCMC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 時(shí) 衍射峰的位置沒(méi)有改變峰值增強(qiáng) 除在 2 為 18 91 處出現(xiàn)衍射峰外在21 94 處又出現(xiàn)一彌散峰這說(shuō)明復(fù)合膜中的 PLA 與 CSCMC 兩組分間存在較強(qiáng)的相互作用改變了原有組分的部分結(jié)晶結(jié)構(gòu) 96 復(fù) 合材料學(xué) 報(bào) 圖 4 復(fù)合膜 PLA 10 的斷面微觀形貌 Fig 4 SEM photograph of the cross section of the composite film PLA 10 圖 5 PLA 膜和 CSCMC PL A 復(fù)合膜的 XRD 譜圖 Fig 5 XRD patterns of PLA and CSCM C PL A composite films 2 4 TGA 分析圖6 為 PLA 膜及 CSCMC PLA 復(fù)合膜的 TGA 圖圖中純PLA 膜的起始分解溫度為 295 62 當(dāng) 添加 CSCMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5 時(shí) 分解溫度為 308 47 當(dāng) CSCMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 時(shí) 分解溫度達(dá)到 330 說(shuō)明起始分解溫度隨著 CSCMC 添加量的增加而升高純 PLA 膜的殘?jiān)?為 6 92 PLA 5 的殘?jiān)?9 6 PLA 10 的殘渣量為 13 12 說(shuō)明添加 CSCMC 可明顯提高復(fù) 合材料在高溫下的殘?jiān)?T GA 測(cè)試結(jié)果說(shuō)明 CSCMC的添加提高了PLA 的熱穩(wěn)定性和熱分解溫度 2 5 力學(xué)性能分析圖 7為 PLA 膜及 CSCMC PLA 復(fù)合膜的拉伸性能測(cè)試結(jié)果可以看出隨著CSCMC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的圖 6 PL A 膜和 CSCMC PLA 膜的 TGA 圖 Fig 6 T GA curves of PLA and CSCM C PLA composite films 增加復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增大當(dāng) CSCMC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 時(shí) 復(fù)合膜的力學(xué)性能最好拉伸強(qiáng)度達(dá)到 65 8 MPa 比純 PLA 膜提高了 58 3 斷裂伸長(zhǎng)率提高了 31 1 主要由于 CSCMC 是尺度較小的物質(zhì) 且具有大的比表面積表面能和活性 14 PLA 與CSCMC之間可能形成了氫鍵這使得 CSCMC 能夠均勻地分散在 PLA 溶液中并與PLA 有良好的界面結(jié)合使復(fù)合膜具有一定的強(qiáng)度和韌性因而復(fù)合膜表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能但 CSCMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)10 后使CSCMC 的分散均勻性降低影響了 PLA 與CSCMC 之間氫鍵的形成導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度降低拉伸性能測(cè)試結(jié)果說(shuō)明 CSCMC 的添加提高了 CSCMC PLA 復(fù)合膜的力學(xué)性能圖 7 PLA 膜和 CSCM C PL A 復(fù)合膜的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率曲線 Fig 7 Tensile strength and elongation at break curves of PLA and CSCMC PLA composite films 97 李春光等玉米秸稈微晶纖維素聚乳酸復(fù)合膜的制備與性能 3 結(jié) 論 1 利用酸堿結(jié)合的方法提取出的玉米秸稈纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)81 制備的玉米秸稈微晶纖維素 CSCMC 主要呈球形顆粒 2 玉米秸稈微晶纖維素 CSCMC 聚乳酸 PLA 復(fù)合材料的熱學(xué)性能得到了明顯改善 CSCMC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 時(shí) CSCMC PLA 復(fù)合材料的起始分解溫度比純PLA 提高了34 38 殘?jiān)?量增加了 6 2 3 CSCMC PLA 復(fù)合材料的力學(xué)性能同時(shí)得到了提高 CSCMC 質(zhì) 量分數(shù) 為10 時(shí) CSCMC PLA 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別比純 PLA 膜提高了 58 3 和 31 1 參考文獻(xiàn) 1 Nair L S LaurencinCT Biodegradablepolymersas biomaterials J Prog Polym Sci 2007 32 8 9 762 798 2 Siracusa V Rocculi P Romani S et al Biodegradable polymers for food packaging A rerview J Trends Food Sci T ech 2008 19 12 634 643 3 沈一丁賴小娟王磊聚乳酸乙基纖維素復(fù)合膜的制備及其性能 J 復(fù)合材料學(xué)報(bào) 2007 24 3 40 44 Shen Yiding Lai Xiaojuan WangLei Preparation and properties of poly lactic acid ethyl cellulose composite films J Acta Materiae Compositae Sinica 2007 24 3 40 44 4 莊韋張建華劉靖等納米 TiO2 聚乳酸復(fù)合材料的制備和表征 J 復(fù)合材料學(xué)報(bào) 2008 25 3 8 11 Zhuang Wei Zhang Jianhua Liu Jing et al Preparation and characterization of nano T iO2 polylactide composite J Acta Materiae Compositae Sinica 2008 25 3 8 11 5 莊韋賈海軍王喆等原位聚合法制備納米凹凸棒土聚乳酸復(fù)合材料 J 復(fù)合材料學(xué)報(bào) 2010 27 4 45 51 Zhuang Wei Jia Haijun Wang Zhe et al Preparation of nano attapulgite polylactidecompositesbyinsitu polymerization J Acta Materiae Compositae Sinica 2010 27 4 45 51 6 Schwach G Coudane J Engel R et al More about the polymerization of lactides in the presences of stannousoctoate J J Polym Sci PartA Polym Chem 1997 35 16 3431 3440 7 王春紅王瑞沈路等亞麻落麻纖維聚乳酸基完全可降解復(fù)合材料的成型工藝 J 復(fù)合材料學(xué)報(bào) 2008 25 2 63 67 Wang Chunhong WangRui Shen Lu et al Forming technologyofflaxnoilfibersreinforcedpolylactide biodegradable composites J Acta Materiae Compositae Sinica 2008 25 2 63 67 8 Mathew A P Oksman K Sain M Mechanical properties of biodegradable composites frompoly lactic acid PL A and microcrystalline cellulose MCC J Journal ofApplied Polymer Science 2005 97 5 2014 2025 9 Mohanty S Verma S K Nayak S K Dynamic mechanical andthermalpropertiesofMAPEtreatedjute HDPE composites J Compos Sci Technol 2006 66 3 4 538 547 10 陳洪雷王岱玉米秸稈在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用研究 J 華東紙業(yè) 2009 40 2 15 18 Chen Honglei Wang Dai T he study on application of corn stalks in papermaking industry J East China Pulp 2009 40 2 15 18 11 竇克軍孫春寶玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究進(jìn)展 J 四川食品與發(fā)酵 2007 43 1 30 34 Dou Kejun Sun Chunbao Research advancement of ethanol fermentation by corn stover biomass as energy J Sichuan Food

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