木质素可降解地膜成膜应用基础研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要本项目属国家高技术研究发展计划(863计划)项目《低成本、完全降解、环境友好、满足使用要求的木质素改性地膜研究》(批准号：2002AA322050)的部分内容之一。项目利用绿色化工和资源与环境协调发展的新概念、应用现代研究手段，以可再生的高纯木质素为原料，通过木质素流变特性、共混与共聚特性、热化学性能等成膜基础研究，共混成膜工艺与性能研究，本质素地膜微观形态与降解性能研究，模拟生产过程，确定可完全降解本素基共混地膜最佳的工艺配方和工艺条件。试验结果表明：(1)高纯木素热熔胶的粘度表现出非牛顿流体的假塑性流体，热熔胶粘度随温度的上升而减小，木质素在较低含

2、量范围内降低了共混体系的扭矩，达到平衡扭矩的时间缩短，在木质素含量较高的情况下，共混体系的平衡扭矩增大，达到平衡扭矩的时间延长，综合对最大扭矩、平衡扭矩以及达到平衡扭矩时间考虑，共混体系中木质素含量在40～50份左右为宜。增塑剂对木质素共混体系扭矩值降低，达到平衡扭矩的时间缩短，用量为木质素含量的10％左右。随着温度的升高，共混体系扭矩值降低，达到平衡扭矩的时间缩短，本质素／聚乙烯共混体系的热塑加工温度宜在170。C左右，术质素／EVA共混体系温度在150～160℃为宜。(2)木质素／PE共混的红外光谱在3400cm。附近和1712cm。附近谱带位置、形状和吸收强度发生了较大的变化，可能是由

3、于增容剂的羰基与木质素的羟基之间形成了氢键的原因，显示机械共混体系的特性。木质素／EVA共混的红外光谱除在4000～3000cm。和1900～1650cml位置羟基和羰基的特征谱带的吸收强度、谱带位置和形状发生了明显的变化外，在2925cml附近的两个吸收峰融合为一个较尖锐的峰，在1235～1072cml区域出现了吸收峰的分化，这些特征表明木质素与EVA共混后，可能产生了一定程度的共聚反应，从而形成了新的基团，导致吸收峰的融合与分化。木质素共混体系的玻璃态转变温度Tg介于木质素与EVA、西南科技大学硕士研究生学位论文第11页木质素与PE各自的玻璃化转变温度之间，木质素／EVA体系的相容性优于

4、木质素／PE体系。(3)随着木质素含量的增加，共混体系力学性能降低；木质素含量超过20％以后，力学性能显著降低。增容剂的添加，可以明显提高木质素共混地膜的力学性能。木质素／EVA地膜的拉伸强度比木质素／PE稍差，但断裂伸长率是木质素／PE—LD薄膜的5～6倍。在木素共混地膜体系最优化重量配比时，以100份PE或EVA为基料，PE／木质素／增容剂的最佳比例为100／20～30／10，EVA／木质素／增容剂最佳比例为100／20～30／lO。在成膜工艺上可以直接通过单、双螺杆挤出造粒、吹塑成膜。(4)木质素共混物的扫描电子显微分析表明在木质素／PE体系中未加增容荆的共混效果差，木质素与PE间闽隙

5、清晰可见，木质素有聚集的现象，增容剂加入后，木质素分散相相尺寸减小，分散程度更加均匀，木质素与PE间间隙明显减小，当增容剂在lO份时，木质素／PE共混效果最好，力学性能也达到最佳。木质素／EVA、木质素／PE共混体系的微观形貌对比表明，木质素在木质素／EVA体系中颗粒细小，分散均匀，见不到明显的孔隙和孔洞，木质素与EVA结合牢固，木质素颗粒包埋在材料中，形成两相共连续体系。木质素共混体系地膜在土埋半年后，其力学性能与PE地膜相比，力学性能显著下降，木质素含量越高，力学性能的下降越快，降解越快。木质素与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分，是植物体次生代谢合成的一种天然有机高分子物质。在木

6、质纤维素物质三大组分中，只有木素没有得到充分利用，而且成为相关工业应用中的障碍物和环境污染物。木索是苯丙烷单体的无定形高聚物，且在苯环3、5位有甲氧基，因此化学性质极不活泼，与其它高分子材料共混、共聚过程中难以分散均匀。工业木素是一种宽分子量分布的可热塑性天然大分子材料，无稳定的玻璃化温度。随着制浆技术、造纸废液处理回收技术、木素分离和改性技术的进步，纯度高、分子最大、难溶于水而溶于有机溶剂的可热塑木素工业产品将大量进入研究开发领域。本项目的研究，可以为木素在地膜填充材料、共混、共聚材料方面的大量应用奠定西南科技大学硕士研究生学位论文第1II页一定的理论基础，有利于实现生态效益、社会效益和经

7、济效益三者的统一，对经济与社会可持续发展有重要的应用前景和意义。关键词：木质素地膜成膜基础研究西南科技大学硕士研究生学位论文第1V页AbstractsTheresearchisoneofthebranchesof“863project”<