生物质基可降解复合薄膜的制备及性能研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sansancaicai
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随着全球不可再生的自然资源的紧缺以及人们对环境问题的高度关注,开发利用可再生资源符合可持续发展的理念。我国每年产生的大量农林废弃物是一种丰富的生物质资源,因此,对农林废弃物进行合理利用是农业可持续的重要部分。本研究以实现废弃柠条枝的高附加值应用为目的,利用柠条枝制备纳米纤维素(NCC)和生物炭(BC),再分别与从杜仲叶中提取的杜仲胶(EUG)制备可降解复合薄膜,并对复合薄膜进行表征和性能研究。  使用不同含量的NCC(0、2、4、6和8%,w/w)增强杜仲胶基体制备NCC/EUG纳米复合薄膜。通过拉曼光谱,原子力显微镜(AFM),X-射线衍射(XRD)对所获得的薄膜进行表征。同时,分析这些薄膜的热稳定性,润湿性,机械性能和水蒸气阻隔性能。AFM显示NCC的平均尺寸为81.95×50.17×13.06 nm,杜仲胶的分子链尺寸为2530 ×57.33×1.28 nm;与对照膜相比,2%和4% NCC明显改善了纳米复合薄膜的断裂伸长率并提高了结晶度和ΔHm;此外,NCC/EUG纳米复合膜热稳定性较低,玻璃化转变温度(Tg),熔融温度(Tm)和水蒸气渗透性均减小。  BC/EUG复合薄膜是由不同含量的生物炭(0、2、4、6和8%,w/w)分别与杜仲胶混合制备的。采用拉曼光谱、AFM、XRD和X-射线光电子能谱(XPS)表征复合薄膜,生物炭颗粒在杜仲胶基体中分散良好。分析复合薄膜的热稳定性,润湿性,机械性能,水蒸气阻隔性能和电磁吸收性。少量的生物炭(2%和4%)改善了复合薄膜机械性能和润湿性。与不加生物炭的对照薄膜相比,4% BC复合薄膜的水接触角最大为120.3°,不易被水润湿;2% BC复合薄膜的抗拉强度、断裂伸长率和杨氏模量分别提高了18.2%、12.2%和17.8%;热稳定性和熔融温度没有明显变化;但是,玻璃化转变、熔融焓、结晶度以及水蒸气渗透性均减小。  经土壤降解60 d后,普通市售聚乙烯(PE)薄膜的重量损失、吸水率均是所有薄膜中最低的;NCC/EUG纳米复合薄膜的重量损失(15.03-17.74%)和吸水率(3.12-3.75%)均高于对照薄膜与BC/EUG复合薄膜。综合来看,自制的NCC/EUG纳米复合薄膜和BC/EUG复合薄膜的生物降解性均强于PE薄膜。  通过对NCC/EUG纳米复合薄膜和BC/EUG复合薄膜的研究,对可降解生物基材料用于农业覆盖薄膜的开发具有重要的现实意义,同时为农林生物质资源的高效利用提供一定的理论和技术支撑。
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