PBS/杨木纤维复合材料的制备及其阻燃和发泡研究

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生物降解聚合物的生产成本较高、综合性能不佳,因而限制了它的推广应用。本文选用杨木纤维与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行复合制备了PBS/杨木纤维全降解木塑复合材料,并进行了以下研究:首先以流变性能为参考,优化其加工工艺;然后通过对杨木纤维进行表面改性,改善了木纤维与基体的界面相容性,提高了复合材料的综合性能;研究了不同阻燃剂对复合材料的阻燃效果以及阻燃剂之间的协同阻燃效应,制备了一种阻燃效果较佳的全降解阻燃复合材料;并对其进行了发泡研究,期望其能够应用于缓冲包装。研究结果如下:随着杨木纤维含量的增加,复合材料力学性有所降低,并且其剪切粘度明显增大,大致为杨木纤维含量每增加5%,要升高5℃才能保证粘度不变;综合流变性能与力学性能测试,得到了复合材料较佳的加工工艺。所采用的五种改性剂均有效地对木纤维进行了表面处理;改性后的木纤维在PBS基体中的分散性较好,相容性得到提高,并且复合体系的力学性能和耐热性均得到了一定程度上的提高。经比较,当马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯(MAH-g-PBS)用量为8wt%时,PBS/杨木纤维复合材料综合性能最佳,拉伸强度比未改性时提高了69.7%,断裂伸长率提高了36.2%,弯曲强度提高了32.3%,冲击强度提高了28.2%,加工流动性也得到很大改善。复配阻燃剂阻燃效果优于单一阻燃剂,并且三种阻燃剂复配比二种阻燃剂复配的阻燃效果好。当阻燃剂总添加量为20wt%,并且聚磷酸铵(APP)/包覆红磷(RP)/膨胀石墨(EG)的比例为1:1:4时,阻燃性最好,氧指数可达到36.0%,并且其垂直燃烧等级达到了UL-94V-0级别,但阻燃剂的加入严重恶化了复合材料的力学性能。将自制的层状双羟基金属复合氧化物纳米(LDHs)阻燃剂加入阻燃体系后,发现的随着LDHs的在阻燃剂中比例的提高,复合材料的各项力学性能逐渐增加,但阻燃性能有所降低。当LDHs的添加量为10wt%时(阻燃剂总添加量为20wt%),复合体系的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和冲击强度较未加入LDHs时分别提高了43.8%、15.2%、25.7%和21.7%。并且复合体系氧指数达到了29.6%,垂直燃烧等级达到UL-94V-0级别,使其在保证较佳力学性能的前提下也具有良好的阻燃效果。交联剂过氧化二异丙苯(DCP)可以提高PBS的熔体强度,当DCP含量高于2wt%时,PBS的熔体强度就足以进行发泡成型,当DCP含量为3wt%时制得的泡沫材料较好。随着碳酸氢钠(NaHCO3)用量的增加,制得的泡沫材料的密度逐渐减小。当NaHCO3的添加量为15wt%时,制得的泡沫材料的泡孔形貌较佳,且泡沫密度较低。随着体系中木纤维含量的增加,所得的PBS/杨木纤维复合泡沫材料的密度越大。木纤维的加入可以提高PBS的降解性能,但是随着木纤维含量的增加,降解速度变慢;木纤维经表面处理后与基体粘接力增强,降解速度变慢。
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