乙酰化木质素/聚乳酸复合材料的制备及表征毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

乙酰化木质素/聚乳酸复合材料的制备及表征毕业论文

2021-04-28更新

摘 要

将木质素最作为天然有机物加入到高分子化合物中是近几年来的研究热点。将木质素添加都高分子化合物中,可增加其可降解性,同时提高了木质素的利用价值。木质素本身具有较多的氢键和复杂的网络结构,使其在填充高分子时往往不能很好的与基质相容,故需要对木质素进行改性。乙酰化改性是将木质素中的羟基用乙酰基取代,木质素中羟基的减少可以消弱分子间的氢键。

本文采用乙酸酐对碱木质素进行气固非均相乙酰化改性,通过单因素法研究了木质素是否润胀、反应时间、木质素与乙酸酐比例对乙酰化程度的影响。通过红外光谱图确定了对木质素进行润胀有利于提高乙酰化程度,最佳的反应时间是3h,最佳的M乙酸酐:M木质素=1.2,过长的反应时间和过多的乙酸酐都会使木质素的乙酰化程度降低。通过热重分析图可知,乙酰化改性使木质素的热稳定性增强,与木质素相比,乙酰化木质素的初始降解温度升高, 从255℃上升到300℃。

将木质素或乙酰化木质素按不同的比例与聚乳酸(PLA)混合,注塑成形,检测其力学性能、热稳定性来研究木质素及乙酰化木质素对PLA的影响。乙酰化改性后的木质素与PLA混合,与同比例的纯碱木质素/聚乳酸复合材料相比,其最大拉伸强度增加,但最大弯曲强度、断裂伸长率略微减少。乙酰化木质素与聚乳酸的相容性并不是很好,能在试样条中可以看到明显的黑色颗粒。将乙酰化木质素与聚乳酸混合,与纯的PLA相比,其热稳定性并未下降。

关键词:乙酰化;木质素;聚乳酸;力学性能

Preparation and characterization of acetylation lignin/polylactic acid composite

ABSTRACT

It is a hot research topic to add lignin as natural organic matter to polymer compounds in recent years. Adding lignin to the polymer compounds can increase its biodegradability and improve the utilization value of lignin. Lignin itself has more hydrogen bonds and complex network structure, so that it is often not very good compatibility with the matrix when filling polymers, so it is necessary to modify the lignin. Acetylation modification is to replace the hydroxyl group in lignin with acetyl, and the reduction of hydroxyl group in lignin can weaken the hydrogen bond between molecules.

In the experiment, the gas-solid heterogeneous acetylation of alkaline lignin was modified by acetic anhydride,Using single factor variable method.Through FTIR, it is shown that the acetylation replaced the hydroxyl groups in ligning with the acyl groups. Through FTIR, It is determined that the bloating of lignin is beneficial to improve the degree of acetylation, The best reaction time is 3h. The best proportion of acetic anhydride: lignin is Excessive reaction time and excessive acetic anhydride can reduce the degree of acetylation of lignin. It is known by Thermogravimetric Analysis(TG), The thermal stability of lignin is enhanced by acetylation modification, Compared with lignin, Compared with lignin, the initial interpretation temperature, the maximum absorption peak corresponding to the temperature of acetylation lignin are increase.

Mixing lignin that have been acetylated with polylactic acid (PLA), Compared with the same proportion of soda lignin/PLA Composites, Its mechanical properties have not been significantly improved, reduced maximum flexural strength, increased maximum tensile strength and reduced elongation at break.The thermal stability of acetylation lignin mixed with polylactic acid was not improved compared with that of pure PLA.

Key words:acetylation; lignin; polylactic acid; mechanical property

目 录

1 前言 1

1.1研究背景及意义 1

1.2文献综述 2

1.2.1木质素的概述 2

1.2.2乙酰化的概述 4

1.3.1木质素/乙酰化木质素和聚乳酸复合材料 7

1.3研究的内容和创新性 7

1.3.1研究的内容 7

1.3.2创新点 8

2 乙酸酐乙酰化木质素 9

2.1 实验部分 9

2.1.1 实验仪器及设备 9

2.1.2 实验材料 9

2.1.3 乙酸酐乙酰化木质素方法 10

2.1.4 乙酰化木质素性能指标评价 11

2.2 实验结果与讨论 12

2.2.1木质素乙酰化反应前后外观对比 12

2.2.2乙酸酐润胀和反应时间对木质素乙酰化的影响 13

2.2.4木质素、乙酸酐比例对乙酰化程度的影响 14

2.2.5红外表征及分析 14

2.3本章小结 16

3 乙酰化木质素与聚乳酸复合及性能检测 17

3.1实验部分 17

3.1.1实验仪器及设备 17

3.1.2实验材料 17

3.1.3乙酰化木质素与聚乳酸混合的方法 17

3.1.4乙酰化木质素、聚乳酸混合物的注塑成形 18

3.1.5模片力学性能的测定 18

3.1.6热稳定性能检测 19

3.2 实验结果与讨论

3.2.1木质素与聚乳酸混合成型后对比 19

3.2.2力学性能测试结果 20

3.2.3热稳定性能检测结果 23

3.3本章小结 25

4 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 26

致谢 28

参考文献 29

1 前言

木质素在自然界中的存量非常丰富,仅次于纤维素和甲壳素,是第三大量的天然有机物。在造纸废液中,通常会含有大量的木质素,这些木质素直接排放到环境中,不仅浪费资源,还对环境造成污染。长期以来,大量的木质素用于直接燃烧,造成了资源的浪费。因此,对木质素进行高效利用,对环境和经济都有重大的意义[1]

目前,大部分的塑料都是由石油基制的,塑料的使用给我们的生活带来了巨大的便利,但同时由于石油制塑料的难降解性和不可再生性,给我们的生活环境带来了许多的问题。森林和农业原料的化学转换正在引领一类可再生,生物降解、生物相适应性的材料[2]。聚乳酸是以乳酸为主要的原料聚合得到的聚合物,单个乳酸分子中的羟基与其它分子中的羧基脱水缩合形成聚合物[3]。PLA的原料来源充分且可再生,生产过程无污染,产品具有生物可降解性,生物相容性,是具有前景的环境友好材料[4]。然而,PLA的力学性能和稳定性较差,通常的弯曲模量为100-150MPa,拉伸强度为40-60MPa,断裂伸长率为4-10%。聚乳酸的熔点为155-185℃,热稳定性较差。

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