纤维素纳米晶改性聚丁二酸丁二醇酯材料的制备及结构与性能研究

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1、工大学纤维素纳米晶改（申请工学硕士学位论文）性聚丁二酸丁二醇酯材料纤维素纳米晶改性聚丁二酸丁二醇的制备酯材料的制备及结构与性能研究及结构与培养单位：化学工程学院性能学科专业：化学工艺的研研究生：陈佑立究指导教师：黄进教授陈佑立武2014年5月汉理万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目纤维素纳米晶改性聚丁二酸丁二醇酯材料的制备及结构与性能研究英文StrutureandPerformanceofPoly(butylenesssuccinate)based题目NanocompositesReinforcedwithCelluloseNanocrystals研究生姓名陈佑立姓名黄进职

2、称教授学位博士指导教师单位名称化学工程学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称化学工艺论文提交日期2014年4月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学日期答辩委员会主席章桥新教授评阅人2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工

3、大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：万方数据摘要开发生物可降解聚合物一直以来都是环境保护和节约化石资源的重要研究课题。其中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种白色、无味、无毒的生物可降解聚酯材料，具有良好的可加工性，拉伸强度介于聚

4、丙烯和聚乙烯之间，在低o于100C时具有良好的热稳定性，这些优势都使得PBS材料在食品包装领域具有巨大的应用潜力。本文通过硫酸酸解法从棉短绒中提取纤维素纳米晶（CN），利用熔融加工制备出PBS/CNs复合板材材料。结果表明，随着CN的含量逐渐由0%上升至15%，复合材料的弯曲强度和弯曲模量上升到15.2MPa和728MPa，为未改性PBS材料的1.65倍和1.83倍，说明CN本身所具有的刚性能够增强PBS材料的力学性能，当CN的含量超过渗透阙值（VRC）后还会进一步形成刚性的渗透网络结构，使PBS/CNs复合材料的弯曲模量较大程度上提高。随着CNs含量的提高，PBS基复合薄膜材料的拉伸强度出

5、现先增加后减小的趋势，当CNs的含量为3%时，复合PBS/CNs薄膜材料的拉伸强度达到最大值，即27.36MPa，相比纯PBS薄膜材料上升了14.3%，随着CNs的含量继续增加，却造成复合材料拉伸强度和杨氏模量出现下降，这是由于CNs含量较高时容易在PBS基质中分散性不好，产生应力缺陷。相对于板材材料，薄膜材料的力学性能更容易受到应力缺陷影响。采用乙酰化的CNs（ACN）对PBS材料进行填充改性，随着ACN含量由0%增加到7%时，对应的拉伸强度和杨氏模量会逐渐增加至38.6MPa和398.3MPa。而对于PBS/CNs复合材料，对比当CNs的含量为7%时，其拉伸强度分别为21.2MPa和40

6、2.6MPa。这是由于ACN在疏水性的PBS基质之中具有更好的相容性，并且表面修饰降低了CNs表面羟基上的氢键作用，使其在PBS基质中具有更好的分散性，使ACN能够在PBS材料中实现较高的填充量，以进一步提高对PBS基薄膜材料的拉伸强度。偶氮二甲酰胺（AC）是目前使用最为广泛的化学发泡剂，通过引入AC/ZnO发泡体系还能够实现PBS/CNs复合发泡材料的制备，CNs在PBS熔体中发挥了异相成核的作用，随着CNs的含量逐渐增加，PBS/CNs的泡孔孔径出现先减小后增加的趋势，而泡孔密度出现先增加后减小的趋势，当CNs的含量为5%，53对应的泡孔孔径最小，即187m。而泡孔密度最大，即7.1×

7、10cell/cm。这是由于熔体中的气体对固体质点具有润湿性，熔体中的气泡在CNs的表面形成泡I万方数据孔核心。而高含量下CNs容易发生团聚，导致形成的气泡孔径分布不均匀，并产生泡孔合并现象，另外CNs的三维渗透网络的形成也会破坏PBS基质的连续性结构，导致泡孔孔壁容易发生破裂。随着CNs含量的逐渐增加，PBS/CNs复合发泡材料的弯曲强度同样呈现先增加后减小的趋势，当CNs的含量为5wt%时弯曲达到最大值，