熔融沉积法3D打印天然植物纤维/可降解塑料复合材料的进展

近年来,3D打印技术在国内外得到了广泛关注。熔融沉积成型(FDM)为目前3D打印技术中最常用的一种工艺方法,可降解塑料为FDM使用较多的原材料。但是,单一的可降解塑料材料的成本较高,存在性能缺陷,限制了其在3D打印技术领域中的进一步发展。利用天然植物纤维与可降解塑料进行复合,用于FDM 3D打印,不仅能降低材料的成本,还可以改善材料的部分性能,因此,该类复合材料越来越多地被应用于FDM 3D打印领域,可以替代单纯的可降解塑料。对该领域的最新研究进展进行了综述,重点阐述了各类植物纤维与聚乳酸等可降解塑料复合后,在FDM 3D打印工艺中的研究及应用。

PLA/PBAT共混体系的反应性增容

将高强度、高模量的聚乳酸(PLA)与高韧性的聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)共混制备复合材料时,界面相容性较差,综合力学性能不高。采用马来酸酐(MAH)、2,2′-(1,3-亚苯基)二噁唑啉(BOZ)作为增容剂,通过反应性增容提高PLA/PBAT体系的相容性,探讨了MAH和BOZ的最佳用量。并通过力学性能测试、傅里叶红外光谱、差示扫描量热法、熔体质量流动速率测定,印证和对比MAH、BOZ对PLA/PBAT体系的增容效果。结果表明,MAH和BOZ与PLA/PBAT发生了化学反应,增加了PLA与PBAT之间的相互作用,提高了复合材料的综合力学性能,与PLA/PBAT相比,增容改性后复合材料拉伸、冲击强度、断裂伸长率最高分别提高了13.72%、139.67%、122.12%。增容改性使分子间相互作用增强,结晶度和熔点最多分别降低了10.87%和2.8℃。改性后熔体的流动性降低了,熔体质量流动速率最多降低了4.58 g/10min。综合比较,BOZ的增容效果优于MAH。

基于三种可降解塑料的绿色复合材料研究进展

基于当前木塑复合材料(WPC)最终产物难以降解的问题,对可降解WPC进行研究,围绕可降解WPC的合成、性质和改性进行了讨论。着重介绍了以环保型可降解塑料聚乳酸、聚碳酸亚丙酯和聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯为基体的可降解WPC存在的问题,综述了可降解WPC的改性方法,认为应从环保角度出发进行改性;提出对比传统WPC,可降解WPC可以在功能化材料方向大放异彩;共挤压技术和发泡技术可有效降低可降解WPC的成本;将3D打印技术应用于可降解WPC中,可提供个性化的设计和独特的外观。

植物纤维增强可降解塑料微孔发泡复合材料研究与应用进展

一次性塑料制品的大量使用,导致了严重的环境污染问题,大量学者针对可降解塑料展开研究。植物纤维具有来源广、成本低、环境友好等特点,将其作为增强相引入可降解塑料,可以改善可降解塑料的力学性能,并保持其绿色的可降解性,微孔发泡技术可以有效降低成本。概述了目前可降解塑料的国内外产业现状,分别从化学发泡法和物理发泡法两方面综述了植物纤维增强可降解塑料微孔发泡复合材料的研究进展,总结了其在包装领域、汽车领域和日常生活领域的多种应用情况,最后指出了植物纤维增强可降解塑料微孔发泡复合材料的成本、加工技术和界面问题仍是未来研究的重点,并对其拓展应用做出了展望。

MMT对WPC吸水前后拉伸及弯曲性能的影响

木粉经过NaOH溶液处理后,表面出现了孔洞结构,用处理后的木粉与PP废玩具塑料(X-PP)制备的木塑复合材料(WPC),其内部的木粉和X-PP的界面连接性与未处理的相比较好;在WPC中加入蒙脱土(MMT),复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均升高,断裂伸长率和吸水性降低,添加5%的MMT,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量分别为19.3、29.1和2 410.1 MPa,与未添加的WPC相比,分别提高了12.2%、6.6%和7.6%;吸水后,WPC的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量从16.1、26.4和2 130.2 MPa分别下降至14.2、21.2和1 732.1 MPa,添加MMT可以有效降低WPC吸水后性能的下降率。当添加5%的MMT时,WPC吸水后的拉伸强度、弯曲强度和模量的下降率分别从9.8%、12.8%和13.4%下降至3.6%、5.2%和5.5%。

淀粉基可降解塑料的研究进展

对可降解塑料进行了描述,并重点介绍了热塑性淀粉(TPS)和天然纤维强化型热塑性淀粉的国内外研究情况;并对新型的淀粉基材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚乳酸(PLA)进行了简单介绍。阐述了可降解塑料面临的问题,对其发展的趋势进行了展望。

高填充可降解塑料制品的研究及应用进展

全球塑料制品年产量超过2.2亿t,而其原料基本全部或部分来源于石化资源,随着石化资源的日益枯竭和白色污染的越演越烈,如何平衡工业应用与环境保护之间的关系成为当前塑料行业生存与发展的主要难题,而高填充技术的出现成为解决这一问题的可行途径。高填充技术主要采用少量塑料基体和大部分的廉价粉体制备出具有使用价值的复合材料,这种材料不仅可以节约大量的石化资源,同时粉体对生态环境也不构成任何威胁,具有很高的工业化应用价值。当前的高填充塑料有很多种,如不可降解塑料类的聚乙烯高填充材料、聚丙烯高填充材料,这类高填充塑料基本已经实现产业化应用;可生物降解塑料类如PBS高填充材料、PBAT高填充材料、PLA高填充材料等,这类高填充塑料基本还处于研究阶段,并逐步成熟,走向市场。

木塑复合材料老化性能研究进展

对木塑复合材料(WPC)在耐紫外线老化性能、耐潮湿及冰冻性能和耐真菌腐蚀性能方面的研究成果进行介绍,希望有助于正确评价和使用木塑复合材料,同时为新产品开发提供借鉴。WPC在紫外线作用下产生褪色现象,力学性能降低,而且喷水与紫外光的共同作用会加剧破坏程度;木粉含量高、颗粒大的WPC更易遭受真菌腐朽威胁,目前已研制出硼酸锌等多种专用防腐剂;WPC吸水速度慢,但绝大部分集中在表层,吸水与冻融循环都会降低力学性能。不同方式生产的WPC其性能有所差异。目前,对老化降解的机理问题仅进行了初步解释。

超细分子筛材料的合成与应用研究进展

综述了近几年超细分子筛的合成与应用方面的研究进展,重点介绍了几种常用且研究较多的分子筛,主要包括Y,ZSM-5,β,Silicalite-1,ZSM-35,MCM-22等分子筛。对超细分子筛的合成方法及其在石化、环保和生物等领域的应用进行了介绍,并对分子筛复合材料的研究及应用的最新动态进行了评述,说明超细分子筛材料的应用领域仍在不断拓宽,超细分子筛复合材料的研究将会成为分子筛材料领域未来的重要发展方向。

大豆蛋白复合材料的研究进展

对国外近十年来大豆蛋白与聚磷酸盐、玻璃纤维、麦草、苎麻、淀粉、聚乙烯醇、聚己内酯、聚羟基酯醚等的复合材料的制备方法 ,材料性能特点进行了总结。分析了大豆蛋白复合材料作为可生物降解材料替代某些通用塑料和工程塑料的应用前景 ,并提出了近期的发展方向。

利乐包装废弃物/HDPE复合材料热重动力学研究

目的探讨利乐包装废弃物/高密度聚乙烯阻燃木塑材料的热重动力学。方法以利乐包装废弃物和高密度聚乙烯为原材料,以马来酸酐接枝聚乙烯、硬脂酸金属皂和聚磷酸铵及三聚氰胺分别为耦联剂、润滑剂和阻燃剂,增强材料为玄武岩纤维;采用挤出法和注塑法制备阻燃性TPP/HDPE木塑复合材料,并采用热重分析方法,在升温速率为5,10,20℃/min的条件下,探讨TPP/HDPE复合材料在20~700℃的热降解动力学行为。结果 Kissinger法研究结果显示,与仅采用聚磷酸铵和三聚氰胺作为阻燃剂的TPP/HDPE复合材料相比,采用聚磷酸铵、三聚氰胺和玄武岩纤维作为复合阻燃剂,可以提高木塑复合材料的活化能,添加玄武岩纤维可进一步提高利乐包装/聚乙烯复合材料的热稳定性;采用Coats-Redfern方法计算聚磷酸铵、三聚氰胺和玄武岩纤维作为复合阻燃剂的TPP/HDPE复合材料的动力学参数表明,复合材料热解反应第1阶段和第2阶段的表观活化能分别为35.26,171.16 k J/mol。结论研究结果为解决纸/铝/塑包装废弃物污染的回收综合利用探索了一条新的途径,研制的复合材料具有良好的力学和防火性能,可用于地板、墙板等建筑领域及包装领域。

汽车用汉麻秆粉/聚乳酸复合材料的制备、成型工艺及性能

为有利于汽车轻量化和环境保护,制备了一种汽车内饰用的完全可降解的木塑复合材料。以汉麻秆粉和可降解聚乳酸(PLA)为原料,通过双螺杆挤出机造粒,模压成型制备了该复合材料。对于温度、压力和时间3个影响因素,经过4种力学性能指标的正交试验分析,得到模压成型的最优工艺为:160℃、7.5 MPa、5 min。结果表明:当汉麻秆粉质量分数30%,麻秆粉粒径40目时,该复合材料的力学性能拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量、弯曲模量均最大,分别为40.26、73.84 MPa和2.06、4.35 GPa。

改性淀粉基生物降解塑料的研究进展

利用淀粉制备可生物降解的淀粉基塑料并替代传统的石化产品合成非降解塑料,对改善并解决白色污染问题有重要意义。由于淀粉本身力学性能较差,需要对其进行物理或化学改性,以提高其力学性能。本文综述了常见的改性方法有:热塑性处理,使淀粉转变为热塑性淀粉,以改善淀粉的延展性能和成膜性;将淀粉和高聚物(PVA、PLA、PBAT)共混制备的复合降解塑料,较纯淀粉基塑料成膜性能和力学性能明显改善;将淀粉与增强剂(纤维素、壳聚糖、木质素、石墨烯等)共混,产品的力学性能、阻水性能、热稳定性、透氧性、透明度等性能得以改善,成本降低;在制备淀粉基塑料的过程中添加增塑剂,可干扰淀粉分子间强的相互作用,使其柔韧性增加。淀粉基生物降解塑料作为包装材料在食品、农业、制药等行业具有广泛的应用潜力。

国内可完全降解塑木复合材料的研究进展

综述了近年来国内可完全降解塑木复合材料(D-WPC)的研究进程,重点介绍了小麦、水稻秸秆增强D-WPC、玉米秸秆增强D-WPC、麻纤维增强D-WPC、木纤维增强D-WPC的国内研究现状,同时对中药渣等其它纤维增强D-WPC的国内研究现状也进行了阐述。

聚乙烯/竹粉木塑复合材料真菌降解性能研究

采用熔融开炼方法制备聚乙烯(PE)/竹粉木塑复合材料(WPC),通过平菇和凤尾菇两种真菌对WPC进行微生物降解实验,利用变色圈、扫描电子显微镜、气相色谱–质谱(GC–MS)和差示扫描量热分析等手段研究WPC的微生物降解性能。变色圈试验表明平菇和凤尾菇均对竹粉和WPC有较好的降解作用,其中平菇的降解能力更明显;降解产物的GC–MS分析显示真菌不仅能降解WPC中的竹粉,也使PE基体发生一定的降解,破坏PE分子链的规整性,导致PE的熔点降低。

MoS_2/Bi_2S_3/Ni_3S_4黑暗下热催化降解低密度聚乙烯膜

以硫代乙酰胺、硝酸铋、硝酸镍、钼酸铵为主要原料,采用回流法合成了热敏催化剂MoS_2/Bi_2S_3/Ni_3S_4,将其与低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混制得复合薄膜,并置于黑暗烘箱中热催化降解。通过SEM、EDS、AFM、TG、GPC、FTIR及力学性能测试,对热敏催化剂的结构和复合薄膜的热降解性能进行了考察。结果表明:纯聚乙烯薄膜在黑暗条件、55℃下热降解60 d后,热分解温度仅降低2.3℃,相对分子质量减小了17 451;而复合薄膜的降解效果明显优于纯聚乙烯薄膜,添加质量分数4%热敏催化剂的复合薄膜的热分解温度下降了20.5℃,相对分子质量减小了92 408,断裂伸长保留率低于5%,拉伸强度保留率低于20%,表面粗糙度明显增加且周围出现了不同程度的褶皱与鳞片状结构,甚至于剥落现象。此外,添加热敏催化剂的聚乙烯膜在降解过程中会出现大量的活性基团(·OH和HOO·等),可使聚乙烯发生链段降解,从而导致其分解温度降低。

木塑复合材料的光降解与光稳定

介绍了国内外木塑复合材料的发展现状,分析了木塑复合材料的光降解机理,指出木塑复合材料的光稳定必须综合考虑木材和塑料两方面的因素,对目前木塑复合材料光稳定的可行途径进行了讨论,并展望了国内外木塑复合材料的发展趋势。

无机晶须在塑料中的应用

无机晶须由于具有特殊的物理性质及性能,得到众多研究者的重视,将无机晶须作为一种添加剂填充到塑料、陶瓷和金属中制备得到复合材料,能提高复合材料的力学性能。目前,对于无机晶须的研究多数集中在通过改变实验条件调节晶须的粒径和长径比,从而制备粒径较小、长径比范围较大的晶须。文章研究并分析了一些常见的无机晶须在高分子塑料的应用,着重总结了四角状氧化锌晶须在阻尼、抗静电、介电性能、吸波等前沿领域中的应用。并且提出了需要继续研究新型稀土无机晶须,扩展无机晶须在新领域中的应用,以聚乳酸为例的可降解塑料替代传统塑料的研究可能会成为未来高分子塑料发展的重点方向。

叠合式双向板挠度变化规律的试验分析与研究

针对两种不同的双向板,即叠合式双向板和普通全现浇双向板进行施加竖向荷载试验。共做四组双向板试验,其中一块为全现浇,另三块为叠合板,研究四边简支叠合式双向板在均布荷载作用下的挠度变化规律。试验结果表明,在板开裂之前普通双向板和两拼式叠合板的荷载-挠度曲线基本相同,可以直接使用弹性薄板理论计算两拼式叠合板的挠度,且进入弹塑性阶段后全现浇板的刚度退化较快。

秸秆粉/高密度聚乙烯可降解复合材料的制备和性能研究

通过将纳米生态降解催化剂母料添加到秸秆粉/高密度聚乙烯复合体系中,制备新型可降解木塑复合材料,并从力学性能、热降解性能、微观形貌、分子量和组成变化等方面对其热氧化降解性能进行了研究。结果表明:添加纳米生态降解催化剂母料的秸秆粉/高密度聚乙烯复合材料表现出良好的降解性能;且采用花生秸秆制备的秸秆粉/高密度聚乙烯复合材料的降解速率优于小麦秸秆粉制备的复合材料。