相容剂对PE⁃HD/玉米秸秆生物炭复合材料性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.019

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 128-134.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.019

相容剂对PE⁃HD/玉米秸秆生物炭复合材料性能的影响

王雅珍¹^,²(), 刘新雨¹^,², 董少波¹^,², 兰天宇¹^,², 祖立武¹^,²

^1.齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江省聚合物基复合材料重点实验室，黑龙江齐齐哈尔 161006
^2.东北林业大学化学化工与资源利用学院，哈尔滨 150040

收稿日期:2021-07-21 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21
作者简介:王雅珍（1961—），女，教授，主要从事聚合物高功能化及其高性能化研究，wyz6166@qqhru.edu.cn
基金资助:
黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目(理工重点项目 135409406);国家自然科学基金(21376127)

Compatibilizing effect on performance of PE⁃HD/corn stalk biochar composites

WANG Yazhen¹^,²(), LIU Xinyu¹^,², DONG Shaobo¹^,², LAN Tianyu¹^,², ZU Liwu¹^,²

^1.Heilongjiang Province Key Laboratory of Polymeric Composition Material，School of Materials Science and Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China
^2.College of Chemistry，Chemical Engineering and Resource Utilization，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China

Received:2021-07-21 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21

摘要/Abstract

摘要：

以玉米秸秆（CS）为原料制备生物炭，并采用挤压法制备高密度聚乙烯/玉米秸秆生物炭（PE?HD/CSB）复合材料。研究了相容剂马来酸酐（MA）对PE?HD/CSB性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、热失重分析（TG）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、旋转流变仪（DHR?2）、X射线光电子能谱（XPS）等对CSB及复合材料进行了表征，并用Harmonic?Mean界面方程研究了CS和CSB同PE?HD的界面性能。结果表明，与CS相比，CSB的芳香化程度增加，且与PE?HD的界面张力更低，MA的加入提高了生物炭复合材料的稳定性、相容性及其力学性能。

关键词: 高密度聚乙烯, 生物炭, 热稳定, 相容剂, 界面性能, 力学性能

Abstract:

Corn stalk （CS） was used as a raw material to prepare biochar， and then the PE?HD/corn stalkr biochar （CSB） composites was prepared through melt extrusion. The compatibilizing effect of maleic anhydride （MA） on the performance of the PE?HD/CSB composites was investigated. The prepared CSB and the resultant composites were characterized using scanning electron microscopy， thermal weight analysis， Fourier?transform infrared spectroscopy， rotational rheometer （DHR?2）， X?ray photoelectron spectroscopy. The interface properties of CS and CSB with PE?HD were evaluated using the Harmonic?Mean interface equations. The results indicated that compared to CS，CSB exhibited an increase in the degree of aromatization， and its interfacial tension with PE?HD was lower. The addition of MA improved the stability， compatibility， and mechanical properties of the PE?HD/CSB composites.

Key words: high?density polyethylene, biochar, thermal stability, compatibilizer, interfacial property, mechanical property

中图分类号:

TQ325.1⁺2

王雅珍, 刘新雨, 董少波, 兰天宇, 祖立武. 相容剂对PE⁃HD/玉米秸秆生物炭复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 128-134.

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图/表 12

图1 PE?HD/CSB复合材料制备流程以及与MA的偶联机理

Fig.1 PE?HD/CSB composite preparation process and coupling mechanism with MA

图2 CS及CSB的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of CS and CSB

图3 CS及CSB的XPS全谱

Fig.3 XPS full spectrum of CS and CSB

图4 CS及CSB的XPS碳谱

Fig.4 XPS carbon spectrum of CS and CSB

样品	接触角/（°）		色散分量（ $γ d$ ）/mN·m^-1	极性分量（ $γ p$ ）/mN·m^-1	表面张力（ $γ$ ）/mN·m^-1
样品	水	二碘甲烷	色散分量（ $γ d$ ）/mN·m^-1	极性分量（ $γ p$ ）/mN·m^-1	表面张力（ $γ$ ）/mN·m^-1
PE?HD	93.4	56.4	29.48	1.58	31.06
CS	65.1	29.0	39.55	9.93	49.48
CSB	114.3	77.2	19.40	0.02	19.42

样品	接触角/（°）		色散分量（ $γ d$ ）/mN·m^-1	极性分量（ $γ p$ ）/mN·m^-1	表面张力（ $γ$ ）/mN·m^-1
样品	水	二碘甲烷	色散分量（ $γ d$ ）/mN·m^-1	极性分量（ $γ p$ ）/mN·m^-1	表面张力（ $γ$ ）/mN·m^-1
PE?HD	93.4	56.4	29.48	1.58	31.06
CS	65.1	29.0	39.55	9.93	49.48
CSB	114.3	77.2	19.40	0.02	19.42

表1 各组分的接触角和表面张力

Tab.1 Contact angle and surface tension of each component

表1 各组分的接触角和表面张力

Tab.1 Contact angle and surface tension of each component

样品	界面张力/mJ·m^-2
PE?HD/CSB	3.601
PE?HD/CS	7.490

表2 各组分之间的界面张力

Tab.2 Interfacial tension between each component

图5 炭化前后的材料和生物炭复合材料断裂面的SEM照片

Fig.5 SEM of the fracture surface of the material before and after carbonization and the biochar composite material

图6 PE?HD及其复合材料的拉伸和弯曲强度

Fig.6 Tensile and flexural strength of PE?HD and its composites

图7 PE?HD及其复合材料的TG和DTG曲线

Fig.7 TG and DTG curves of PE?HD and its composites

图8 PE?HD及其复合材料的应变振幅扫描曲线

Fig.8 Strain amplitude sweep curve of PE?HD and its composite materials

图9 PE?HD及其复合材料的复数黏度与角频率的关系曲线

Fig.9 Relationship between the complex viscosity and frequency of PE?HD and its composites

图10 PE?HD及复合材料的Han关系曲线

Fig.10 Han relationship curves of PE?HD and composite materials

参考文献 20

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Compatibilizing effect on performance of PE⁃HD/corn stalk biochar composites

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