聚乳酸纤维/聚乙烯醇纤维协同增强热塑性淀粉复合材料

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.003

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (12): 16-20.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.003

聚乳酸纤维/聚乙烯醇纤维协同增强热塑性淀粉复合材料

银鹏¹(), 马宏鹏¹, 郭斌¹^,²^,³(), 李盘欣²^,³

^1.南京林业大学理学院，南京 210037
^2.河南省农林产品深加工院士工作站，河南漯河 462600
^3.南街村集团博士后科研工作站，河南漯河 462600

收稿日期:2021-05-13 出版日期:2021-12-26 发布日期:2021-12-22
作者简介:银鹏（1978—），女，讲师，主要研究方向为天然高分子材料.

Thermoplastic starch composites reinforced synergistically with PLA fiber and PVA fiber

YIN Peng¹(), MA Hongpeng¹, GUO Bin¹^,²^,³(), LI Panxin²^,³

^1.College of Science，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China
^2.Agricultural and Forest Products Processing Academician Workstation of Henan Province，Luohe 462600，China
^3.Post?Doctoral Research Center of Nanjiecun Group，Luohe 462600，China

Received:2021-05-13 Online:2021-12-26 Published:2021-12-22
Contact: GUO Bin E-mail:njyp@njfu.edu.cn;gbm@njfu.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

为提高热塑性淀粉（TPS）塑料的力学和耐水性能，通过挤出工艺制备了含量为1 %（质量分数，下同）的聚乳酸纤维（PLAF）及不同含量的聚乙烯醇纤维（PVAF）共同增强的热塑性淀粉复合材料。研究了含量为0.2 %~1.4 %的PVAF对TPS/PLAF/PVAF复合材料力学性能、断面形貌、耐水性能及转矩流变性能的影响。结果表明，同时加入PLAF和PVAF能有效提高复合材料的力学性能及表面耐水性能；当PLAF和PVAF含量为1 %时，复合材料的拉伸强度从纯TPS的1.98 MPa提高到10.53 MPa，冲击强度由纯TPS的33.4 kJ/m²提高到62.23 kJ/m²，水接触角由纯TPS的46.34°提高到65.02°，TPS/PLAF/PVAF复合材料的平衡扭达到最大值15.75 N·m。

关键词: 聚乳酸纤维, 聚乙烯醇纤维, 热塑性淀粉, 复合材料, 协同, 增强

Abstract:

To improve the mechanical and water resistance of thermoplastic starch （TPS） plastics， TPS based compo?sites reinforced with poly（lactic acid） fiber （PLAF） and poly（vinyl alcohol） fiber （PVAF） were prepared through extrusion molding. The effects of PVAF content on the mechanical properties， cross-section morphology， water resistance， and torque rheological properties of TPS/PVAF/PLAF composites were investigated. The results indicated that the mechanical properties and surface water resistance of the composites were improved effectively with the synchronous addition PLAF and PVAF. When the contents of PLAF and PVAF were 1 wt%， the tensile strength of the composites increased from 1.98 MPa to 10.53 MPa， the impact strength increased from 33.4 kJ/m² to 62.23 kJ/m²， and the balance torque of TPS/PVAF/PLAF compsite reached a maximum of 15.75 N·m.

Key words: poly（lactic acid） fiber, poly（vinyl alcohol） fiber, thermoplastic starch, composite, coordination, reinforcement

中图分类号:

TQ321.2

银鹏, 马宏鹏, 郭斌, 李盘欣. 聚乳酸纤维/聚乙烯醇纤维协同增强热塑性淀粉复合材料[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 16-20.

YIN Peng, MA Hongpeng, GUO Bin, LI Panxin. Thermoplastic starch composites reinforced synergistically with PLA fiber and PVA fiber[J]. China Plastics, 2021, 35(12): 16-20.

图/表 5

图1 不同PVAF含量TPS/PLAF/PVAF复合材料的力学性能

Fig.1 Mechanical properties of TPS/PLAF/PVAF with different PVAF content

图2 不同PVAF含量TPS/PLAF/PVAF复合材料的SEM照片

Fig.2 SEM micrograph for the fractured surface of TPS/PLAF/PVAF filled with different PVAF contents

图3 不同PVAF含量TPS/PLAF/PVAF复合材料的水接触角

Fig.3 Water contact angle of TPS/PLAF/PVAF with different PVAF contents

图4 不同PVAF含量TPS/PLAF/PVAF复合材料的扭矩随时间变化曲线

Fig.4 Rheological curves of TPS/PLAF/PVAF composites with different PVAF contents

PVAF含量/%	初始扭矩/N·m	扭矩峰值/N·m	平衡扭矩/N·m
TPS	-7.19	31.22	8.57
0	-9.04	43.39	13.18
0.2	-11.34	58.61	12.24
0.4	-6.24	58.37	13.44
0.6	-0.15	48.32	14.13
0.8	-1.11	48.55	13.44
1.0	-8.35	61.18	15.75
1.2	15.70	53.22	12.25
1.4	-3.14	82.24	12.24

表1 不同PVAF含量TPS/PLAF/PVAF复合材料的流变性能

Tab.1 Rheological data of TPS/PLAF/PVAF composites with different PVAF contents

参考文献 17

1	MOHANTY A K， VIVEKANANDHAN S， PIN J M， et al. Composites from renewable and sustainable resources： Challenges and innovations［J］. Science， 2018， 362： 536⁃542.
2	HILLMYER M A. The promise of plastics from plants［J］. Science， 2017， 358： 868⁃870.
3	查东东，郭斌，李本刚，等. 热塑性淀粉耐水性的化学与物理作用机制［J］. 化学进展， 2019， 31（1）： 156⁃166.
	ZHA D D， GUO B， LI B G， et al. Chemical and physical mechanism of water resistance for thermoplastic starch［J］. Progress in Chemistry， 2019，31（1）： 156⁃166.
4	查东东，周文，郭斌，等.热塑性淀粉力学性能的提升途径及作用机理［J］，化学进展，2019， 31（7）： 1 042⁃1 053.
	ZHA D D， ZHOU W， GUO B， et al. Ways and mechanism of improving the mechanical properties of thermoplastic starch［J］， Progress in Chemistry，2019，31（7）： 1 044⁃1 055.
5	唐皞，郭斌，李本刚，等. 热塑性淀粉的增强研究进展［J］. 塑料工业， 2013， 41（1）： 1⁃8.
	TANG H， GUO B， LI B G， et al. Study on reinforcement of thermoplastic starch［J］. China Plastics Industry， 2013， 41（1）： 1⁃8.
6	GUO B WANG L J， YIN P， et al. Ultra⁃high molecular weight polyethylene fiber⁃reinforced thermoplastic corn starch composite［J］. Journal of Thermoplastic Composite Materials， 2017， 30 （4）： 564⁃577.
7	FERRI J M， GARCIA⁃GARCIA D， SANCHEZ ⁃NACHER L， et al. The effect of maleinized linseed oil （MLO） on mechanical performance of poly（lactic acid）⁃thermoplastic starch （PLA⁃TPS） blends［J］. Carbohydrate Polymers， 2016， 147： 60⁃68.
8	AKRAMI M， GHASEMI I， AZIZI H， et al. A new approach in compatibilization of the poly（lactic acid）/thermoplastic starch （PLA/TPS） blends［J］. Carbohydrate Polymers， 2016， 144： 254⁃262.
9	MULLER P， BERE J， FEKETE E， et al. Interactions， structure and properties in PLA/plasticized starch blends［J］. Polymer， 2016， 103： 9⁃18.
10	SZADKOWSKA A， JEZIORSKA R， ZUBROWSKA M， et al. Effect of plasticizer with silanol groups on the structure and properties of polylactide and thermoplastic corn starch blend［J］. Polimery， 2016， 61（10）： 683⁃692.
11	RODRIGUES C A， TOFANELLO A， NANTES I L， et al. Biological oxidative mechanisms for degradation of poly（lactic acid） blended with thermoplastic starch［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2015， 3（11）： 2 756⁃2 766.
12	SREEKUMAR P A， Al⁃HARTHI M A， DE S K. Stu⁃dies on compatibility of biodegradable starch/polyvinyl alcohol blends［J］. Polymer Engineering and Science， 2012， 52（10）：2 167⁃2 172.
13	MITTAL A， GARG S， KOHLI D， et al. Effect of cross linking of PVA/starch and reinforcement of modified barley husk on the properties of composite films［J］. Carbohydrate Polymers， 2016， 151： 926⁃938.
14	JIANG L， LIU B， ZHANG J. Novel high⁃strength thermoplastic starch reinforced by in situ poly（lactic acid） fibrillation［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2009， 294（5）： 301⁃305.
15	JURGITA S， ERIKA A， RIMYYDAS M， et al. Formation of poly（vinyl alcohol）/cationic starch blend nanofibres via the electrospinning technique： The influence of different factors［J］. Fibres & Textiles in Eastern Europe， 2012， 92（3）：16⁃20.
16	郭斌，查东东，薛灿，等. 聚乳酸纤维对热塑性淀粉塑料性能的影响［J］. 功能高分子学报， 2018， 31（3）：261⁃266.
	GUO B， ZHA D D， XUE C， et al. Effect of polylactic acid fiber on the properties of thermoplastic starch plastics［J］. Journal of Functional Polymers， 2018， 31（3）：261⁃266.
17	唐皞，姜海天，王礼建，等. 聚乙烯醇纤维增强热塑性淀粉塑料的研究［J］.塑料工业，2013，41（9）：110⁃113.
	TANG G， JIANG H T， WANG L J， et al. Study on the polyvinyl alcohol fiber reinforced thermoplastic starch［J］. China Plastics Industry， 2013，41（9）：110⁃113.

[1]	魏思淼, 邵路山, 许准, 刘艳婷, 赵思衡, 许博. 次磷酸盐⁃环四硅氧烷双基化合物复配二乙基次磷酸铝对PA6的阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 129-135.
[2]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[3]	宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.
[4]	邓世欣, 王建, 杨卫民. 增强反应注射成型机混合头内流体高压高速对撞过程模拟与分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 130-136.
[5]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[6]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[7]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[8]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[9]	徐伟华, 郑宇, 沈向阳, 张炎, 刘桔文, 严石静. 不同POSS对磷⁃硅协同阻燃环氧树脂性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 115-120.
[10]	刘文, 师文钊, 刘瑾姝, 陆少锋, 周红娟. 电致形状记忆复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 175-189.
[11]	阮芳涛, 夏成龙, 张宝根, 曹叶, 刘志, 徐珍珍, 章劲草. 芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 19-23.
[12]	彭博, 肖运彬, 顾家宝, 陈梓钧, 唐雁煌, 朱刚, 徐焕翔. 聚合物/石墨烯复合材料制备与性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 190-197.
[13]	宋立健, 张有忱, 左夏华, 张政和, 安瑛, 杨卫民, 谭晶, 程礼盛. 自组装单分子层调控界面热输运的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 60-69.
[14]	何毅, 赵广慧. 复合材料增强修复油气管道的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 70-82.
[15]	张庭, 金清平, 宋仕娥, 曹南南, 邓思远. 不同腐蚀环境下FRP筋耐久性与寿命预测研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 75-81.

聚乳酸纤维/聚乙烯醇纤维协同增强热塑性淀粉复合材料

Thermoplastic starch composites reinforced synergistically with PLA fiber and PVA fiber

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 17

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价