环氧树脂/棕榈酰氯改性玉米秸秆复合材料力学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.007

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (12): 44-49.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.007

环氧树脂/棕榈酰氯改性玉米秸秆复合材料力学性能研究

姜思雨¹(), 娄春华¹^,²(), 周永丽³

^1.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，齐齐哈尔 161006
^2.齐齐哈尔大学黑龙江省高分子复合材料重点实验室，齐齐哈尔 161006
^3.淄博鲁瑞精细化工有限公司，山东淄博 255000

收稿日期:2022-10-07 出版日期:2022-12-26 发布日期:2022-12-20
通讯作者: 娄春华（1972—），教授，硕士生导师，研究方向为高分子材料合成与改性，胶黏剂，chunhualou@163.com
E-mail:2368236444@qq.com;chunhualou@163.com
作者简介:姜思雨（1997—），女，硕士研究生，研究方向为高分子材料合成与改性，胶黏剂，2368236444@qq.com
基金资助:
玉米秸杆-聚合物复合限高架材料的研制，黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（植物性食品加工技术特色学科专项）(YSTSXK201861);玉米秸杆-聚合物复合材料的制备及其相容性研究，黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目(135309437)

Modification and applications of renewable biomass materials

JIANG Siyu¹(), LOU Chunhua¹^,²(), ZHOU Yongli³

^1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China
^2.Heilongjiang Province Key Laboratory of Polymer?Based Composites，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China
^3.Zibo Luray Fine Chemical Co，Ltd，Zibo 255000，China

Received:2022-10-07 Online:2022-12-26 Published:2022-12-20
Contact: LOU Chunhua E-mail:2368236444@qq.com;chunhualou@163.com

摘要/Abstract

摘要：

以棕榈酰氯改性的玉米秸秆作为填料，将环氧树脂（EP）作为基体树脂，制备环氧树脂/改性玉米秸秆生物质复合材料。利用红外光谱和X射线光电子能谱对改性前后的秸秆进行结构表征，采用电子万能试验机对复合材料进行力学性能分析，利用扫描电子显微镜对复合材料的微观形貌进行分析。结果表明，红外谱图中在1 754 cm^-1处有新的C=O特征伸缩振动峰出现；X射线光电子能谱图中C1（C=C、C—C）、C2（C—O）含量分别从47.85 %和40.24 %下降到41.30 %和30.64 %，C3（C=O）、C4（C—O—C）含量分别从9.12 %和2.79 %增加到20.56 %和7.20 %，说明改性后玉米秸秆疏水性增强，与EP的相容性得到改善；随着玉米秸秆含量的增加，EP复合材料的拉伸性能与纯EP比增加了100.3 %和157.77 %；弯曲强度呈现出先增加后下降的趋势；未改性秸秆添加量达到10 %时，冲击强度最大比纯EP提高了16.8 %，而改性后秸秆的含量达到15 %时，比纯EP提高了70.53 %。

关键词: 改性玉米秸秆, 棕榈酰氯, 环氧树脂, 生物质材料, 力学性能

Abstract:

To reduce environmental pollution and improve the utilization rate of corn straw， the modified corn straw/epoxy resin biomass composites were prepared by using palm acyl chloride⁃modified corn straw as a filler and epoxy resin （EP） as a matrix resin. FTIR and XPS were used to characterize the structure of the straw before and after modification， the electronic universal testing machine was used to analyze the mechanical properties of the composites， and the SEM was used to analyze the micro morphology of the composites. The results show that there is a new C=O characteristic stretching vibration peak at 1 754 cm^-1 in the FTIR spectrum； In XPS energy spectrum， the contents of C1 （C=C， C—C） and C2 （C—O） decreased from 47.85 % and 40.24 % to 41.30 % and 30.64 %， respectively， and the contents of C3 （C=O） and C4 （C—O—C） increased from 9.12 % and 2.79 % to 20.56 % and 7.20 %， respectively. This indicates that the hydrophobicity of modified corn straw was enhanced and its compatibility with epoxy resin was improved. According to the analysis of mechanical properties， the tensile properties of epoxy resin composites increased by 100.3 % and 157.77 % compared with pure epoxy resin. Their bending strength increased at first and then tended to decrease. Compared to pure epoxy resin， the composites presented a maximum increase in impact strength by 16.8 % and 70.53 % when 10 wt % unmodified straw and 15 wt % modified straw were incorporated， respectively.

Key words: corn straw, palmitoyl chloride, epoxy resin, biomass material, mechanical property

中图分类号:

TQ 323.5

姜思雨, 娄春华, 周永丽. 环氧树脂/棕榈酰氯改性玉米秸秆复合材料力学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 44-49.

JIANG Siyu, LOU Chunhua, ZHOU Yongli. Modification and applications of renewable biomass materials[J]. China Plastics, 2022, 36(12): 44-49.

图/表 9

图1 玉米秸秆改性前后的FTIR谱图

Fig.1 Infrared spectra of corn stalk before and after being modified

图2 玉米秸秆改性前后的XPS能谱图

Fig.2 XPS spectra of corn stalk before and after being modified

图3 改性玉米秸秆的反应机理图

Fig.3 Reaction mechanism diagram of modified corn straw

图4 EP及其复合材料冲击断面的SEM照片

Fig.4 SEM photos of the impact section of epoxy resin and composite materials

图5 EP基复合材料的拉伸应力⁃应变曲线

Fig.5 Tensile stress⁃strain curve of epoxy resin matrix composites

玉米秸秆含量/%	未改性玉米秸秆/MPa	改性玉米秸秆/MPa
0	11.20	11.20
5	19.99	21.77
10	22.43	28.87
15	19.76	22.81
20	18.20	21.77

表1 EP基复合材料的拉伸强度

Tab.1 Tensile strength of epoxy matrix composites with different contents

图6 EP基复合材料的弯曲曲线

Fig.6 Bending curve of epoxy resin matrix composites

玉米秸秆含量/%	未改性玉米秸秆/MPa	改性玉米秸秆/MPa
0	1.94	1.94
5	1.87	2.64
10	2.36	2.74
15	2.27	2.42
20	2.21	2.32

表2 EP基复合材料的弯曲强度

Tab.2 Bending strength of epoxy resin matrix composites with different content

图7 EP基复合材料的冲击强度

Fig.7 Columnar chart of impact strength of epoxy resin matrix composites

参考文献 22

1	Gulcihan Guzel Kaya， Elif Yilmaz， Huseyin Deveci. Sustainable nanocomposites of epoxy and silica xerogel synthesized from corn stalk ash： Enhanced thermal and acoustic insulation performance［J］. Composites Part B： Engineering， 2018，（150）： 1⁃6.
2	UllahHafeez， Khurram Shehzad Qureshi， KhanUsama， et al. Self⁃healing epoxy coating synthesis by embedment of metal 2methyl imidazole and acetylacetonate complexes with microcapsules［J］. Chemosphere， 2021，（85）： 131⁃492.
3	Zhou Jinli， Zhang Chenyu， Cheng Chao， et al. Synergetic improvement of interlaminar fracture toughness in carbon fiber/epoxy composites interleaved with PES/PEK⁃C hybrid nanofiber veils［J］. Advanced Fiber Materials， 2022， 264.
4	陈冰玉，王洛晴，徐钰淑，等.环氧化木质素改性EP的性能研究［J］.化学与粘合，2020， 42（02）： 77⁃80+102.
	CHEN B Y， WANG L Q， XU Y S， et al. Study on the properties of epoxy resin modified by epoxidized lignin［J］. Chemistry and Adhesion， 2020， 42（02）： 77⁃80+102.
5	侯桂香，于守武，李婷婷，等.尾矿粉/秸秆纤维素/EP复合材料制备及性能研究［J］.塑料工业，2012， 40（10）： 84⁃87+120.
	HOU G X， YU S W， LI T T，et al. Research on preparation and properties of tailings powder /straw cellulose /epoxy resin composites［J］. China Plastics Industry， 2012， 40（10）： 84⁃87+120.
6	Jiang Demin， An Penghui， Cui Suping， et al. Effect of straw fiber modification methods on compatibility between straw fibers and cement⁃based materials［J］. Advances in Civil Engineering， 2020， 1⁃16.
7	王志国.玉米秸秆利用存在问题及对策研究［J］.畜牧兽医科技信息，2021，（06）： 224.
	WANG Z G. Study on problems and countermeasures of corn straw utilization［J］. Animal Husbandry And Veterinary Technology Information， 2021，（06）： 224.
8	Hou Yushuang， Wu Weili. Derived from corn straw cellulose： modified used tire rubber powder composites［J］. Cellulose， 2022，（29）： 3 935⁃3 945.
9	Liu Xian， Wu Zhicheng， Han Yahong， et al. Characteristic modification of alkalized corn stalk and contribution to the bonding mechanism of fuel briquette［J］. Energy， 2017，（133）： 299⁃305.
10	Cui Xinnan， HondaToshiki， AsohTaka⁃Aki， et al. Cellulose modified by citric acid reinforced polypropylene resin as fillers［J］. Carbohydrate Polymers， 2020，（230）： 115662.
11	Younesi⁃KordkheiliHamed. Ionic liquid modified lignin⁃phenol⁃glyoxal resin： a green alternative resin for production of particleboards［J］. The Journal of Adhesion， 2019，（12）： 1 075⁃1 087.
12	陈健.木质纤维增强EP复合材料的制备及性能研究［J］.生物质化学工程，2014， 48（06）： 65.
	CHEN J. Preparation and properties of wood fiber reinforced epoxy resin composites［J］. Biomass Chemical Engineering， 2014， 48（06）： 65.
13	葛铁军，赵婉晴，刘啸凤.PBAT/棕榈酰氯酯化改性秸秆粉复合材料制备与性能［J］.工程塑料应用， 2022， 50（01）： 6⁃13+65.
	GE T J， ZHAO W Q， LIU X F. Preparation and properties of PBAT/palmitoyl chloride esterified straw powder composites［J］. Engineering Plastics Application， 2022， 50（01）： 6⁃13+65.
14	张爱萍，谭晓华，谢君.室温均相体系中甘蔗渣的棕榈酰化反应［J］.中国科技论文， 2014， 9（12）： 1 377⁃1 380.
	ZHANG A P， TAN X H， XIE J. Derivatization of sugarcane bagasse with palmitoyl chloride in homogeneous system at room temperature［J］. China Science Paper， 2014， 9（12）： 1 377⁃1 380.
15	葛铁军，赵婉晴，刘晓洋，等.秸秆粉的酯化改性研究与PBAT/秸秆粉复合材料拉伸性能的初步探讨［J］.化工新型材料，2022， 11（10）： 1⁃7.
	GE T J， ZHAO W Q， LIU X Y， et al. Study on esterification modification of straw powder and preliminary study on tensile properties of PBAT/straw powder composites［J］. New Chemical Materials， 2022， 11（10）： 1⁃7.
16	范廷玉，李文洁，彭丹，等.漆酶改性玉米秸秆髓的制备及其吸油特性［J］.中国环境科学， 2020， 40（09）： 3 810⁃3 820.
	FAN T Y， LI W J， PENG D， et al. Preparation of laccase modified corn stover pith as oil sorbent and its properties［J］. China Environmental Science， 2020， 40（09）： 3 810⁃3 820.
17	张铁军，李博，韩剑宏，等.磁性改性玉米秸秆材料吸附铬的性能及机理研究［J］.工业水处理， 2020， 40（12）： 100⁃105.
	ZHANG T J， LI B， HAN J H， et al. Study on adsorption performance and mechanism of chromium on magnetic modified corn stalk［J］. Industrial Water Treatment， 2020， 40（12）： 100⁃105.
18	郭亮，薛艳，朱世东，等.石墨烯添加量对EP⁃云母/石墨烯复合涂层力学性能的影响［J］.电镀与涂饰， 2022， 41（12）： 862⁃867.
	GUO L， XUE Y， ZHU S D， et al. Effect of graphene dosage on mechanical properties of epoxy–mica/graphene composite coating［J］. Electroplating and Finishing， 2022， 41（12）： 862⁃867.
19	王文智，杨津鹏，杨晋，等.纳米氧化铈改性EP力学性能研究［J］.内蒙古工业大学学报（自然科学版）， 2021， 40（06）： 428⁃433.
	WANG W Z， YANG J P， YANG J， et al. A study on mechanical properties of epoxy resin modified by nano cerium oxide［J］. Journal of Inner Mongolia University of Technology， 2021， 40（06）： 428⁃433.
20	赵鹏，董英杰，李响，等.界面强度对柔性EP/粘土纳米复合材料热/力学性能的影响［J］.材料研究学报， 2022， 36（06）： 454⁃460.
	ZHAO P， DONG Y J， LI X， et al. Effect of interfacial strength on thermal/mechanical properties of bio⁃based epoxy resin/clay nanocomposites［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2022， 36（06）： 454⁃460.
21	张颀，何智.聚氨酯对羽毛球器械用EP胶粘剂性能的影响［J］.粘接， 2022， 49（07）： 32⁃35+40.
	ZHANG Q， HE Z. Effect of polyurethane on properties of epoxy resin adhesive for badminton equipment［J］. Adhesive， 2022， 49（07）： 32⁃35+40.
22	王高攀.改性UHMWPEEP增强复合材料拉伸弯曲性能研究［D］.天津：天津工业大学， 2018.

[1]	段凯歌朱辉倪佳泮豪周朝锡陈小蝶梅振威于东明. 热塑性交联聚乙烯（TPEXa）管材的制备及性能研究[J]. , 2023, 37(1): 8-12.
[2]	沈一蕊周文斌张菁菁赵承仲高华坤沈曙光刘德开蒋平平. 中长碳链氯化石蜡在聚氯乙烯制品中的应用及性能研究[J]. , 2023, 37(1): 31-37.
[3]	张伟程胡祥罗鸿兴金卉游峰江学良姚楚. 中空玻璃微珠填充聚氨酯发泡材料的吸声性能与动态力学性能研究[J]. , 2023, 37(1): 38-45.
[4]	赵一权董婧晗张铜柱王焰孟刁帅李明贺徐昌竹. 汽车外饰用再生聚丙烯材料性能研究[J]. , 2023, 37(1): 112-118.
[5]	杨金, 陈鹏然, 高培鑫. DIDOPO与POSS/EG协同阻燃环氧树脂泡沫及机理研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 38-45.
[6]	焦志伟, 王克琛, 张杨, 杨卫民. 基于碳纳米涂层沉积滑石粉与炭黑协同填充PVC/ABS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 10-15.
[7]	张陶忠, 陈晓龙, 郝晓宇, 于福家. 滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 36-41.
[8]	杜青, 何祎, 余坦竟, 蓝艳姣, 赵彦芝, 周菊英. 取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 49-55.
[9]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[10]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[11]	徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.
[12]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[13]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[14]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[15]	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.

环氧树脂/棕榈酰氯改性玉米秸秆复合材料力学性能研究

Modification and applications of renewable biomass materials

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 22

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价