酯化木素用于PBS-CTMP纤维复合材料界面改性的研究

木素与脂肪族酰氯通过酯化反应得到酯化木素,将酯化木素作为界面改性剂改性化学热磨机械浆(CTMP)纤维,并将其应用于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)-CTMP纤维复合材料,研究了酯化木素对改性后CTMP纤维制备复合材料性能的影响。接触角测定数据表明,与未反应木素相比,酯化木素的疏水性提高。PBS-CTMP纤维复合材料的力学性能显著提高,以质量分数为2.0%(相对于纤维)的酯化木素(以棕榈酰氯,n(—COCl)∶n(—OH)=3∶2合成)表面处理的纤维制备的复合材料,拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别较未处理CTMP纤维制备的复合材料提高了25.1%、22.4%和19.3%。扫描电镜(SEM)分析表明,以酯化木素处理过的纤维与基体之间,表现出更好的相容性。另外,在复合材料制备中加入酯化木素改性CTMP纤维,使复合材料的剪切黏度表现出一定程度的增加,但总体而言,在复合材料体系中添加酯化木素改性CTMP纤维对其加工性能影响不大。

马尾松CTMP纤维超微结构的研究

用原子力显微镜(AFM)研究了马尾松CTMP纤维表面的超微结构。通过AFM较容易在单根纤维上观察到复合胞间层(CML)和S1层;从单根纤维分丝出的细纤维表面较平整,微细纤维(Microfibrils)定向排列;而纤维碎片表面粗糙,微细纤维排列错杂。对相图分析可知,CTMP原浆纤维的S1层被低相位的颗粒状物质覆盖,这些颗粒经热水、丙酮或H2O2处理可被去除。另外,热水处理后,暴露出大量疏水性颗粒,其中高相位的颗粒能被丙酮溶出,推断其为抽出物;不能被丙酮溶出的补丁状颗粒在H2O2的作用下发生碎裂,可能是木素。几种处理都不能完全除去CML层的颗粒状物质,但对S1层都起到了亲水化和均质化的作用。

纤维形态对PBS/CTMP纤维复合材料制备与性能的影响

以云杉化学热磨机械浆(CTMP)纤维及杨木CTMP纤维分别代表不同纤维形态的增强纤维(长纤维及短纤维),通过熔融加工与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制备了复合材料.对复合材料的力学性能、流变性能、动态力学性能及形貌学特征等进行了研究,并与以木粉为增强纤维的复合材料进行了对比.结果表明,CTMP纤维的纤维形态对复合材料的力学性能及流变性能均有显著影响.长纤维易产生纤维间相互纠缠的现象,导致其在基体中分布不匀,取向较为杂乱,故以其制备的复合材料的力学性能较差.与以木粉制备的复合材料相比,以短纤维制备的复合材料的力学性能更好,在相同的添加量下,其拉伸强度、冲击强度下降的幅度最小,弯曲强度提高的幅度最大;与木粉相比,CTMP纤维对复合材料体系的流变性影响更大,长纤维更易与基体分子链形成分子链相互纠缠的结构,导致了熔体剪切粘度的大幅提高.而短纤维对复合材料流变性能的影响相对较小.

白腐菌改性CTMP浆纤维表面的XPS分析

利用白腐菌对桉木CTMP浆纤维进行改性,采用X射线光电子能谱(XPS)对白腐菌改性前后的桉木CTMP浆纤维进行了表面化学分析。结果表明,白腐菌改性后桉木CTMP浆纤维表面的氧碳比(O/C)上升,C1峰有所下降,同时C1 s峰位向高结合能方向漂移,说明白腐菌改性后桉木CTMP浆纤维表面木素和抽提物的含量下降,碳水化合物的含量提高,有利于促进抄纸过程中纤维间氢键结合的形成;从XPS定量分析纤维表面的木素和抽提物含量结果来看,白腐菌改性后桉木CTMP浆纤维表面木素和抽提物含量分别降低了8.3%和55.9%(对表面组分),而总木素含量和总抽提物含量仅分别下降了2.5%和11.1%,证实了白腐菌的脱木素和降解抽提物作用主要发生在纤维的表面。

解键剂用于PBS-CTMP复合材料界面改性的研究

以解键剂对化学热磨机械浆(CTMP)进行预处理,然后通过熔融加工制备聚丁二酸丁二酯(PBS)-CTMP复合材料,对复合材料的力学性能、流变性能进行测试,并对其进行动态力学分析和形貌学表征。结果表明,解键剂处理削弱了CTMP纤维间的结合强度,以经解键剂处理后的纤维制备的复合材料力学性能显著提高。与未处理的CTMP相比,CTMP经质量分数0.50%(相对于纤维)的解键剂处理后,含质量分数40%CTMP的复合材料拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别提高了21.9%、22.3%和35.4%。解键剂的加入,降低了复合材料的剪切黏度,在复合材料体系中起到了润滑剂的作用,对其加工制备起到积极作用。DMA和SEM的分析结果表明,采用解键剂对CTMP进行处理后,CTMP纤维与PBS基体间的界面结合增强。