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      殼聚糖改性竹粉/PVC復(fù)合材料的制備和性能

      2018-03-15 07:12:20,,,,
      關(guān)鍵詞:竹粉吸水率損失率

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      (南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院/江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210031)

      1 前 言

      我國(guó)竹子的種類(lèi)、竹林面積和產(chǎn)量均排在世界首位。竹材被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的植物資源。但由于竹材中非細(xì)胞壁物質(zhì)如淀粉、還原糖、蛋白質(zhì)、脂肪等含量都較木材高,在溫暖潮濕的條件下使用很容易發(fā)生腐朽、霉變和蟲(chóng)蛀,這些缺點(diǎn)大大縮短了竹材的使用壽命和限制了竹粉的應(yīng)用范圍[1]。聚氯乙烯(PVC)是我國(guó)用量最大的塑料品種,每年產(chǎn)生的“白色垃圾”已成為困擾人類(lèi)的難題之一。

      以竹粉為填料,PVC為基體材料制備竹塑復(fù)合材料,可以突破竹材應(yīng)用的局限性,其性能類(lèi)似于木塑復(fù)合材料[2-3],在實(shí)際市場(chǎng)中能代替部分木材和塑料。然而竹粉的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,這些成分中含有大量的極性羥基和酚羥基官能團(tuán),使其表面表現(xiàn)出很強(qiáng)的化學(xué)極性和親水性,在弱極性的PVC中易于團(tuán)聚,與PVC的界面相容性較差,導(dǎo)致竹粉/PVC復(fù)合材料的強(qiáng)度、抗斷裂性能和沖擊性能下降。因此,一些文獻(xiàn)[4-6]研究了傳統(tǒng)偶聯(lián)劑的用量、竹粉的百分含量及竹粉粒徑的大小等對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料綜合性能的影響。隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展,很多應(yīng)用場(chǎng)合還同時(shí)要求竹塑復(fù)合材料具有良好的防腐抗菌性能。

      殼聚糖是一種天然高分子材料,由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到,它對(duì)于真菌、細(xì)菌、病毒等都有較強(qiáng)的抑制作用,是一種純天然的抗菌劑[7],由于它具有可降解性,生物相容性和親生物性等特點(diǎn),近年來(lái)被廣泛研究[8-10]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)殼聚糖及其衍生物在木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用進(jìn)行了探討[11-15]。如,Lu等[11]認(rèn)為殼聚糖金屬配合物,如殼聚糖銅配合物,對(duì)木塑復(fù)合材料的真菌防腐具有很好的功效,經(jīng)3%的殼聚糖銅配合物處理的木粉/HDPE復(fù)合材料對(duì)腐朽真菌的耐腐性顯著提高,防腐性能與用硼酸鋅處理的木塑復(fù)合材料防腐性能相當(dāng)。此外,Xu等[12]認(rèn)為適量的殼聚糖含量和粒徑可以提高木粉/PVC復(fù)合材料的界面自增強(qiáng)能力和對(duì)大腸桿菌的抗菌能力。但是,關(guān)于殼聚糖在竹塑復(fù)合材料方面的應(yīng)用研究卻報(bào)道甚少。

      本文探討了殼聚糖的添加量對(duì)竹塑復(fù)合材料綜合性能的影響。首先考察了殼聚糖的添加對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響,其次檢測(cè)復(fù)合材料腐蝕前后的質(zhì)量損失率和吸水率,并通過(guò)紅外光譜對(duì)腐蝕前后的復(fù)合材料進(jìn)行表征,分析了殼聚糖的添加量對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料防腐蝕性能的影響。

      2 試驗(yàn)材料和方法

      2.1 試驗(yàn)材料

      竹粉(150μm);無(wú)水乙醇(分析純);PVC(SG-5,200μm);鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑;聚乙烯蠟(PE蠟);硅烷偶聯(lián)劑(KH550);殼聚糖;白腐菌(彩絨革蓋菌)和褐腐菌(密粘褶菌);瓊脂;馬鈴薯,葡萄糖,玉米粉,紅糖,河砂,鋸屑,均為市售。

      2.2 試驗(yàn)設(shè)備

      多功能粉碎機(jī)(800Y型);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(9070型);三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)(SYH-5型);電子分析天平(ME204E型);錐形雙螺桿式擠出機(jī)(RM-200C);SANS微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(CMT6104型);簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)(XJJ-5型);同步熱分析儀(STA449F3);分光測(cè)色儀(NS800型);傅里葉變換紅外光譜儀(Nicolet iS-10);立式壓力蒸汽滅菌鍋(YXQ-LS-100SII型);無(wú)菌操作臺(tái)(SW-CJ-1FD型);光照營(yíng)養(yǎng)箱(GZP-250N)。

      2.3 復(fù)合材料的制備

      首先對(duì)竹粉進(jìn)行預(yù)處理。使用電子天平稱(chēng)取一定量硅烷偶聯(lián)劑KH550,偶聯(lián)劑用量為竹粉質(zhì)量的2wt%,然后將KH550和無(wú)水乙醇按質(zhì)量比1∶5配成溶液,均勻噴灑在竹粉上,最后分別加入一定比例的殼聚糖(分別為竹粉質(zhì)量的0wt%,1wt%,2wt%,3wt%,4wt%和5wt%),混合均勻后放置12h左右。

      按照質(zhì)量1∶1的比例混合竹粉和PVC,加入竹粉質(zhì)量8wt%的鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑和5wt%的PE蠟,放入混合機(jī)內(nèi)攪拌20min,取出后放入紫外烘箱中,在105℃干燥4h,然后采用雙螺桿擠出機(jī)擠出成型。材料成型過(guò)程中擠出機(jī)從一區(qū)到四區(qū)的溫度分別為150℃、155℃、160℃、165℃,進(jìn)料轉(zhuǎn)速為350r/min,成型的尺寸為20×5×800mm。

      2.4 性能測(cè)試

      2.4.1力學(xué)性能的測(cè)試 按照GB/T1040.4-2006標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,拉伸速度為2mm/min。按照GB/T9341-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度,加載速度為2mm/min。按照GB/T1043.1-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。測(cè)試在室溫條件下進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果為6次平均值。

      2.4.2FT-IR分析 用電子分析天平分別稱(chēng)量0.002g待測(cè)樣品(從復(fù)合材料表面刮取)和0.2g KBr,用研缽將兩者研磨并混合均勻,再采用壓片機(jī)將其壓制成透明均勻的小薄片并進(jìn)行紅外光譜掃描分析,分辨率為4cm-1,掃描波數(shù)為4000~400cm-1,掃描16次。

      2.4.3熱分析 測(cè)定之前,先將樣品在120℃時(shí)干燥12h,放入密封袋中待用。樣品的熱降解行為采用同步熱重分析儀進(jìn)行測(cè)定,每分鐘升高20℃,氬氣保護(hù),升溫范圍:35~800℃。

      2.4.4真菌加速腐蝕實(shí)驗(yàn) 參照國(guó)標(biāo)GB/T 13942.1-2009 中的《木材耐久性能 第1部分:天然耐腐性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》,對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了白腐菌——采絨革蓋菌(Coriolus versicolor)和褐腐菌——密粘褶菌(Gloeophyllun trabeum)的加速腐蝕試驗(yàn)。將白腐菌和褐腐菌分別放入PDA培養(yǎng)皿上培養(yǎng)7~10d后,用無(wú)菌打孔器切取直徑5mm左右的菌絲塊接入已放置飼木的河砂木屑培養(yǎng)基中間部位,放入(溫度為28℃,濕度為75%,下同)培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至菌絲鋪滿(mǎn)培養(yǎng)基表面時(shí),即可放入經(jīng)稱(chēng)重的試樣。在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12周后,將試樣取出,輕輕刮去表面菌絲和雜質(zhì),在105℃烘干,腐蝕質(zhì)量損失率按下式計(jì)算:

      (1)

      式中:W表示質(zhì)量損失率(%);T0表示試樣在腐蝕之前的質(zhì)量(g);T1表示試樣被腐蝕之后的質(zhì)量(g)。

      2.4.5吸水性能測(cè)試 按照GB/T1934.1-2009標(biāo)準(zhǔn),測(cè)定竹粉/PVC復(fù)合材料的吸水率。

      吸水率按照式(2)進(jìn)行計(jì)算:

      (2)

      式中:t為樣品在水中的浸泡時(shí)間,d;mt為浸泡t天時(shí)樣品的質(zhì)量,g;m0為試樣未浸泡之前的原始質(zhì)量,g;

      Mt為樣品浸泡t天時(shí)的吸水率,%。以上實(shí)驗(yàn)重復(fù)6次,實(shí)驗(yàn)結(jié)果為6次的平均值。

      3 結(jié)果與分析

      3.1 殼聚糖含量對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

      由圖1可見(jiàn),隨著殼聚糖含量的增加,竹粉/PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度均呈先增加后減少的趨勢(shì),其中彎曲強(qiáng)度的變化尤為明顯。當(dāng)殼聚糖添加量為3wt%時(shí),材料的綜合力學(xué)性能最佳,其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為60.2MPa、8.7KJ·m-2和111.7MPa,比未添加殼聚糖的拉伸強(qiáng)度(41.6MPa)、沖擊強(qiáng)度(5.5KJ·m-2)和彎曲強(qiáng)度(62.2MPa)分別增加了44.7%、58.2%和79.6%。

      圖1 不同殼聚糖含量的竹粉/PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能 (a) 拉伸強(qiáng)度; (b) 沖擊強(qiáng)度; (c) 彎曲強(qiáng)度Fig.1 Mechanical properties of bamboo powder/PVC composites with different content of chitosan (a) Tensible strength; (b) Impact strength; (c) Flexual strength

      以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,適量殼聚糖的添加對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的改善。這可能是因?yàn)闅ぞ厶桥c纖維素大分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)很相近,二者有良好的相容性,在一定條件下能夠發(fā)生交聯(lián)接枝反應(yīng)。如殼聚糖分子中的氨基與纖維素分子中的羥基可形成分子間氫鍵,且殼聚糖分子中的氨基還能夠與半纖維素中的羧基結(jié)合,導(dǎo)致竹粉纖維表面形成較強(qiáng)的界面作用力,增強(qiáng)了竹粉與PVC的界面相容性。Xu等[13]也驗(yàn)證了適量殼聚糖對(duì)木粉/PVC復(fù)合材料具有界面自增強(qiáng)作用。

      但是,當(dāng)殼聚糖含量過(guò)多時(shí),殼聚糖在復(fù)合材料中會(huì)出現(xiàn)局部團(tuán)聚現(xiàn)象,削弱了竹粉和PVC的界面相容性,導(dǎo)致竹粉/PVC復(fù)合材料各項(xiàng)力學(xué)性能有所下降。其中,拉伸強(qiáng)度下降最為明顯,當(dāng)殼聚糖含量為5wt%時(shí),拉伸強(qiáng)度僅為41.0MPa,略低于未添加殼聚糖時(shí)的拉伸強(qiáng)度(41.6MPa)。

      3.2 殼聚糖含量對(duì)竹粉/PVC復(fù)合材料熱穩(wěn)定性能的影響

      為了分析殼聚糖對(duì)復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的影響,首先考察了殼聚糖的熱失重TG曲線(xiàn)和失重速率DTG曲線(xiàn)(如圖2所示)。根據(jù)熱分解曲線(xiàn),可知100℃以?xún)?nèi)的質(zhì)量損失為殼聚糖中水分子的揮發(fā)。殼聚糖的起始熱解溫度在250℃以后,最大熱解速率溫度為316.99℃。而文中制備的竹粉/PVC復(fù)合材料所需的加工溫度最高為165℃,遠(yuǎn)低于殼聚糖分解溫度。因此,殼聚糖是一種熱穩(wěn)定性相對(duì)較高的天然高分子材料,可以滿(mǎn)足復(fù)合材料熱加工和后續(xù)使用的溫度要求。

      圖2 殼聚糖失重率和失重速率隨溫度的變化曲線(xiàn)Fig.2 TG/DTG curves for chitosan

      圖3為不同殼聚糖添加量的竹粉/PVC復(fù)合材料的熱失重TG曲線(xiàn)。觀察圖3,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的熱解主要為兩個(gè)階段,第一失重階段大致在250℃到350℃之間,第二失重階段大約在430℃到500℃之間。第一失重階段主要是竹粉中纖維素和半纖維素的分解,同時(shí)也有一部分的質(zhì)量損失來(lái)自于PVC鏈HCl的分解及殼聚糖脫乙酰過(guò)程[15]。第二失重階段包括竹粉中木質(zhì)素的降解和第一失重階段PVC鏈形成聚合物的降解。

      圖3 不同殼聚糖含量的竹粉/PVC復(fù)合材料的失重率曲線(xiàn)Fig.3 TG curves for bamboo powder/PVC composites with different content of chitosan

      仔細(xì)觀察圖3中的尾部放大部分,發(fā)現(xiàn)添加不同含量殼聚糖的竹粉/PVC復(fù)合材料的失重率差別較小。當(dāng)殼聚糖含量為2wt%和3wt%時(shí),復(fù)合材料熱解后的殘?zhí)苛柯愿咭恍?。但是隨著殼聚糖含量的進(jìn)一步增大,殘?zhí)苛柯杂袦p少。這可能是因?yàn)殡S著復(fù)合材料中殼聚糖的增加,導(dǎo)致團(tuán)聚的概率增大,降低了復(fù)合材料的界面結(jié)合力,使得熱降解氣體更易逸出,導(dǎo)致復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性略有下降[17]。

      3.3 殼聚糖含量對(duì)腐蝕前后竹粉/PVC復(fù)合材料質(zhì)量損失率的影響

      衡量耐腐蝕程度最重要的一個(gè)指標(biāo)是腐蝕后樣品的質(zhì)量損失率。當(dāng)質(zhì)量損失率為0~10wt%時(shí),受腐蝕樣品即為強(qiáng)耐腐蝕材料。圖4為不同殼聚糖添加量的竹粉/PVC復(fù)合材料被白腐菌和褐腐菌腐蝕后的質(zhì)量損失率。由圖4可知,所有樣品腐蝕后的質(zhì)量損失率都遠(yuǎn)小于10wt%,說(shuō)明本文制備的竹粉/PVC復(fù)合材料都屬于強(qiáng)耐腐蝕材料。

      圖4 不同殼聚糖含量的竹粉/PVC復(fù)合材料腐蝕后的質(zhì)量損失率Fig.4 Mass loss rate of bamboo powder/PVC composites with different content of chitosan

      從圖4中可以明顯看出,隨著殼聚糖含量的增加,兩種木腐真菌腐蝕后的質(zhì)量損失率均呈先減少后增加的趨勢(shì)。當(dāng)殼聚糖含量為3wt%時(shí),被白腐菌和褐腐菌腐蝕后的質(zhì)量損失率最小,僅為0.1wt%和0.8wt%,比未添加殼聚糖的質(zhì)量損失率(被白腐菌和褐腐菌腐蝕后的質(zhì)量損失率分別為1.7wt%和3.2wt%)分別減少了94.1%和75.0%。當(dāng)殼聚糖含量為4wt%和5wt%時(shí),竹粉/PVC復(fù)合材料的質(zhì)量損失率略有增加,但仍均明顯小于未添加殼聚糖時(shí)的質(zhì)量損失率。

      以往的文獻(xiàn)[7]表明,殼聚糖具有一定的抑菌作用,所以添加殼聚糖后總體的質(zhì)量損失率均小于未添加殼聚糖的質(zhì)量損失率。一般認(rèn)為,PVC為耐腐蝕材料,真菌主要腐蝕復(fù)合材料中的竹粉。由于過(guò)量殼聚糖的添加,會(huì)引起局部的團(tuán)聚現(xiàn)象,使得竹粉和PVC之間的界面相容性變差,竹粉和PVC之間有更多的縫隙和孔洞,導(dǎo)致真菌有更多的機(jī)會(huì)腐蝕暴露出來(lái)的竹粉,所以過(guò)量殼聚糖的添加不會(huì)進(jìn)一步改善復(fù)合材料的耐腐蝕性能。

      另外,從圖4中也可以看出,褐腐菌腐蝕后復(fù)合材料的質(zhì)量損失率略高于白腐菌腐蝕后材料的質(zhì)量損失率,表明竹粉/PVC復(fù)合材料更容易受褐腐菌腐蝕。

      3.4 殼聚糖含量對(duì)腐蝕前后竹粉/PVC復(fù)合材料吸水性能的影響

      由于目前竹塑復(fù)合材料主要作為木材替代品用于戶(hù)外建筑和戶(hù)外裝飾,長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中,因此要求其具有低的吸水率,否則在戶(hù)外日曬雨淋的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題,如吸水后易變形或翹曲、力學(xué)強(qiáng)度下降、耐真菌腐蝕性能降低、材料的使用壽命縮短等。因此,研究殼聚糖添加量對(duì)竹塑復(fù)合材料吸水性的影響很有必要。

      圖5 竹粉/PVC復(fù)合材料的吸水率 (a) 未腐蝕; (b) 白腐菌腐蝕后; (c) 褐腐菌腐蝕后; (d) 腐蝕前后的第8天吸水率Fig.5 Water absorption of bamboo powder/PVC composites ((a) no decay; (b) decay by white-rot fungus; (c) decay by brown-rot fungus; (d) water absorption for 8 days including before and after decay)

      圖5(a)為殼聚糖含量對(duì)腐蝕前竹粉/PVC復(fù)合材料吸水率的影響。從圖5(a)中可以看出,由于竹粉被PVC緊密包裹,導(dǎo)致復(fù)合材料的總體吸水率很低,當(dāng)吸水時(shí)間達(dá)8天時(shí),未添加殼聚糖復(fù)合材料的吸水率僅為2.2%。隨著殼聚糖含量的增加,復(fù)合材料的吸水率呈先降低后升高的趨勢(shì)。當(dāng)殼聚糖含量為3wt%時(shí),復(fù)合材料的吸水率最低,8天的吸水率只有1.6%。但隨著殼聚糖含量的進(jìn)一步增加,復(fù)合材料的吸水率會(huì)略高于未添加殼聚糖的復(fù)合材料。這可能是因?yàn)闅ぞ厶呛枯^少時(shí),在復(fù)合材料中分散較均勻,可以很好地發(fā)揮殼聚糖自身的偶聯(lián)劑作用,改善竹粉和PVC的界面相容性,導(dǎo)致復(fù)合材料的吸水率降低。但是,當(dāng)殼聚糖含量較多時(shí),一方面由于殼聚糖本身含有較多的親水基團(tuán)(如大量的羥基和胺基),會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的吸水率增加;另一方面過(guò)多殼聚糖的加入會(huì)引起復(fù)合材料局部的團(tuán)聚現(xiàn)象,導(dǎo)致PVC對(duì)竹粉的包裹性變差,也會(huì)使復(fù)合材料的吸水率增加。

      圖5(b)為白腐菌腐蝕后復(fù)合材料的吸水率。由圖中可見(jiàn),白腐菌腐蝕后復(fù)合材料的吸水率和腐蝕前復(fù)合材料的吸水率變化趨勢(shì)基本相同。并且和腐蝕前復(fù)合材料相比,腐蝕后復(fù)合材料在初始2天的吸水率增加較多,而從第2天到第8天吸水率的增加速率變緩。這可能是因?yàn)榘赘g了復(fù)合材料中的部分竹粉,導(dǎo)致復(fù)合材料表面出現(xiàn)部分微小的孔洞和縫隙,因此當(dāng)復(fù)合材料浸入水中時(shí),在初始階段復(fù)合材料能夠更快地吸收水分,導(dǎo)致前期的吸水率增加較快。

      圖5(c)為褐腐菌腐蝕后竹粉/PVC復(fù)合材料吸水率的變化情況。褐腐菌腐蝕后復(fù)合材料的吸水率變化情況和白腐菌腐蝕后復(fù)合材料的吸水率變化情況大致相同。

      為了更加直觀地比較腐蝕前后復(fù)合材料的吸水率,將第8天時(shí)竹粉/PVC復(fù)合材料腐蝕前后的吸水率進(jìn)行了對(duì)比(如圖5(d)所示)。發(fā)現(xiàn)腐蝕后復(fù)合材料第8天的吸水率相比于腐蝕前復(fù)合材料第8天的吸水率有了一定程度的增加。表明復(fù)合材料被腐蝕后,盡管復(fù)合材料的質(zhì)量損失率并不高,但竹粉還是受到一定程度的腐蝕,在復(fù)合材料內(nèi)部形成了一些微小的孔洞和縫隙,有利于吸收更多水分,導(dǎo)致復(fù)合材料的吸水率增加。當(dāng)殼聚糖含量為3wt%時(shí),腐蝕前復(fù)合材料的吸水率和腐蝕后復(fù)合材料的吸水率均為最低。這可能是因?yàn)闅ぞ厶呛繛?wt%時(shí)復(fù)合材料的界面結(jié)合情況較好,且腐蝕后復(fù)合材料的質(zhì)量損失率較低,共同導(dǎo)致了該含量下腐蝕后復(fù)合材料的防水性能最佳。隨著殼聚糖含量的增加,褐腐菌腐蝕后復(fù)合材料的吸水率增加較多,這可能是因?yàn)楹指g后復(fù)合材料的質(zhì)量損失率相對(duì)較高,即褐腐菌腐蝕了更多的竹粉,造成復(fù)合材料內(nèi)部更多的縫隙和孔洞,導(dǎo)致腐蝕后復(fù)合材料的吸水率增加。

      3.5 殼聚糖含量對(duì)腐蝕前后竹粉/PVC復(fù)合材料紅外光譜的影響

      圖6(a)為未添加殼聚糖的竹粉/PVC復(fù)合材料腐蝕前后的紅外光譜圖。由圖中可見(jiàn),腐蝕前后紅外光譜圖的吸收峰位置基本相同,這可能是因?yàn)楦g前后復(fù)合材料的質(zhì)量損失率較小,所以腐蝕前后復(fù)合材料的化學(xué)組成差別亦較小。仔細(xì)觀察圖6(a),發(fā)現(xiàn)1735cm-1處為半纖維素的-C=O特征峰,未腐蝕前該吸收峰比較明顯,但是經(jīng)過(guò)褐腐菌腐蝕后,該吸收峰強(qiáng)度明顯減弱,表明褐腐菌腐蝕了部分竹粉中的半纖維素成分。此外,1509cm-1處為木質(zhì)素中苯環(huán)的骨架特征峰,但是經(jīng)過(guò)白腐菌和褐腐菌腐蝕后,該峰的強(qiáng)度變化并不明顯,表明這兩種木腐真菌對(duì)木質(zhì)素幾乎不產(chǎn)生腐蝕。以往的文獻(xiàn)[18]表明,相比于褐腐菌,白腐菌更容易腐蝕竹粉中的木質(zhì)素。但是由于竹粉被PVC所包裹,導(dǎo)致白腐菌對(duì)竹粉的腐蝕能力大為降低,因此在本文中白腐菌并沒(méi)有明顯地腐蝕竹粉中的木質(zhì)素成分。由于白腐菌對(duì)半纖維素和木質(zhì)素均沒(méi)有明顯的腐蝕,導(dǎo)致白腐菌腐蝕后復(fù)合材料的質(zhì)量損失率相對(duì)較小。

      添加不同含量的殼聚糖后復(fù)合材料的紅外光譜差別較小,以添加3wt%殼聚糖的竹粉/PVC復(fù)合材料腐蝕前后的紅外光譜圖為例(如圖6(b)所示),分析適量殼聚糖的添加對(duì)腐蝕前后復(fù)合材料紅外光譜的影響。腐蝕前后紅外光譜圖的吸收峰位置和吸收強(qiáng)度幾乎相同,這可能是因?yàn)樘砑?wt%殼聚糖后復(fù)合材料具有較好的防腐性能(如白腐菌和褐腐菌腐蝕后的質(zhì)量損失率分別為0.1wt%和0.8wt%)。和圖6(a)不同的是,添加3wt%殼聚糖復(fù)合材料被褐腐菌腐蝕后,在1735cm-1處的吸收峰強(qiáng)度幾乎沒(méi)有降低,表明適量殼聚糖的添加可以有效地防止褐腐菌對(duì)復(fù)合材料中半纖維素的腐蝕。

      圖6 竹粉/PVC復(fù)合材料的紅外光譜圖 (a) 未添加殼聚糖; (b) 添加3wt%殼聚糖Fig.6 FTIR spectra of bamboo powder/PVC composites with (a) no chitosan; (b) 3wt% chitosan

      4 結(jié) 論

      在竹粉/PVC復(fù)合材料中添加適量殼聚糖后,可提高復(fù)合材料的物理力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、防水性能和防腐性能。

      當(dāng)殼聚糖添加量為竹粉質(zhì)量3wt%時(shí),通過(guò)擠出成型制備得到的復(fù)合材料性能最佳。與未添加殼聚糖的復(fù)合材料相比,其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別提高了44.7%、58.2%和79.6%,8天的吸水率從2.2%降低為1.6%。復(fù)合材料被白腐菌和褐腐菌腐蝕后材料的質(zhì)量損失率比未添加殼聚糖時(shí)分別降低了94.1%和75.0%。

      紅外光譜分析表明,添加適量的殼聚糖可以有效阻止白腐菌和褐腐菌對(duì)復(fù)合材料中竹粉纖維的腐蝕,導(dǎo)致復(fù)合材料的耐腐性能增強(qiáng)。

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