混合溶劑溶解注塑級(jí)生物基塑料研究范文

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摘要:為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物資源化利用，以胡桑枝條為原料制備可注塑的生物基塑料。以二甲亞砜(DMSO)/四乙基氯化銨(TEAC)復(fù)合溶劑為改性試劑，通過(guò)對(duì)球磨木粉簡(jiǎn)單的溶解和析出，進(jìn)行塑化改性處理。TEAC在改性過(guò)程中逐漸滲透到纖維素分子鏈之間，(C2H5)4N+和Cl－分別與纖維素羥基結(jié)合形成配位鍵和氫鍵，阻礙分子鏈間氫鍵的形成，使改性產(chǎn)物具備熱塑性，成功制備出注塑級(jí)生物基塑料。將改性產(chǎn)物與一定量的三乙酸甘油酯(GT)共混擠出改善其力學(xué)性能，并研究復(fù)合溶劑中TEAC與DMSO的質(zhì)量比、擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和GT添加量對(duì)生物基塑料的拉伸、彎曲強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低都不利于產(chǎn)物的熱塑加工，當(dāng)TEAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)得到的改性產(chǎn)物與GT在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出溫度為140℃，螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min，GT添加量為5%時(shí)制備生物基塑料力學(xué)性能最優(yōu)，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到16．33和34．71MPa。

關(guān)鍵詞:球磨木粉;四乙基氯化銨;三乙酸甘油酯;生物基塑料;力學(xué)性能

以石油為原料制備高分子材料的過(guò)程中會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可避免的不良影響，而且石油基塑料無(wú)法被自然降解，間接威脅人類(lèi)和其他生物的生存。而木質(zhì)纖維原料廣泛分布于世界各地，儲(chǔ)存量豐富，以木質(zhì)纖維為原料制備得到的生物基塑料性能優(yōu)良，且對(duì)環(huán)境友好，因此近年來(lái)對(duì)木質(zhì)纖維的開(kāi)發(fā)利用成為研究者們關(guān)注的重點(diǎn)［1］。對(duì)木質(zhì)纖維材料進(jìn)行化學(xué)改性(如酯化改性［2］、醚化改性［3］和接枝共聚改性［4］等)可制備熱塑性材料，不過(guò)此種方法在改性過(guò)程中會(huì)造成分子結(jié)構(gòu)變化，從而導(dǎo)致天然木質(zhì)纖維原料喪失其原本所具有的優(yōu)良特性。此外通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行改性的方法成本較高，且易造成環(huán)境污染，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因此，本研究將利用混合溶劑體系改性處理木質(zhì)纖維過(guò)程中的氫鍵屏蔽機(jī)理來(lái)制備熱塑性高分子材料。四乙基氯化銨(TEAC)是一種常見(jiàn)的季銨鹽，常用于催化有機(jī)反應(yīng)。二甲亞砜(DMSO)作為“萬(wàn)能溶劑”有較強(qiáng)的滲透能力，能夠滲透進(jìn)入纖維素分子鏈，破壞纖維素分子間的氫鍵。一些科研人員將DMSO/TEAC混合體系作為一種良好的纖維素溶劑用于溶解纖維素的過(guò)程中［5－6］。DMSO使纖維素高度溶脹，破壞微晶纖維的取向態(tài)，而TEAC中(C2H5)4N+和Cl－在理論上也可以進(jìn)入纖維素分子鏈與羥基結(jié)合，阻止纖維素分子內(nèi)和分子間形成氫鍵［7－9］，最終溶解纖維素。三乙酸甘油酯(GT)作為小分子增塑劑加入到改性產(chǎn)物中可以起到增韌改性的作用［10－11］。我國(guó)是種桑養(yǎng)蠶大國(guó)，每年修剪產(chǎn)生大量的桑樹(shù)枝條，全國(guó)年產(chǎn)桑枝總量達(dá)到1000t以上，然而，現(xiàn)實(shí)生活中胡桑樹(shù)枝條僅作為農(nóng)村生活燃料，其資源利用率約為10%左右，造成資源的極大浪費(fèi)［12－13］。筆者以胡桑枝條為原料，經(jīng)球磨預(yù)處理后在DMSO/TEAC溶劑中通過(guò)簡(jiǎn)單的溶解、析出過(guò)程進(jìn)行塑化改性，探索制備生物基塑料的可行性;再將改性產(chǎn)物與三乙酸甘油酯共混擠出，研究其加入量、加入方式以及擠出條件對(duì)生物基塑料力學(xué)性能的影響。1材料和方法1．1試驗(yàn)材料與儀器取自南通市如皋的胡桑枝條，經(jīng)剝皮、風(fēng)干、粉碎后，過(guò)篩取0．212mm(70目)木枌?zhuān)４鎮(zhèn)溆谩６讈嗧俊⑷宜岣视王ァ⑺囊一然@和丙酮，均為國(guó)產(chǎn)分析純。1．2試驗(yàn)方法1．2．

1球磨預(yù)處理

取干燥后的木粉原料置于200mL的瑪瑙球磨罐中，加入不同直徑的氧化鋯球(罐中大(Φ10mm)、中(Φ7mm)、小(Φ5mm)氧化鋯球個(gè)數(shù)比20∶50∶150)，在行星式球磨機(jī)(QMQM-3SP2，南京南大儀器廠(chǎng))中球磨4h，得到球磨木粉(BMW)。1．2．2DMSO/TEAC溶劑塑化改性處理球磨木粉分別稱(chēng)取一定量的DMSO和TEAC加入到三口燒瓶中，再將一定質(zhì)量的球磨木粉加入其中，在恒溫的油浴鍋中攪拌改性處理若干時(shí)間，結(jié)束后伴隨劇烈機(jī)械攪拌將丙酮加入三口燒瓶中析出產(chǎn)物，靜置30min后抽濾，濾渣再用丙酮反復(fù)洗滌若干次，所得固體改性產(chǎn)物置于50℃烘箱中烘干至恒定質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量后放在干燥器中備用。1．2．3共混擠出先將改性產(chǎn)物和一定量三乙酸甘油酯在研磨機(jī)中混合均勻，再將混合物于MiniCTW雙螺桿擠出機(jī)(德國(guó)ThermoFisher科技公司)中共混循環(huán)一定時(shí)間后擠出制得GT擠出產(chǎn)物。1．2．4樣條注塑通過(guò)MiniJet微量注塑機(jī)(德國(guó)ThermoFisher科技公司)注塑成型，測(cè)定生物基塑料的彎曲和拉伸強(qiáng)度。注塑條件為:注塑壓力7500MPa，保持壓力6000MPa，注塑溫度170℃，模具溫度75℃，注塑時(shí)間12s，保持時(shí)間8s。1．3測(cè)試和表征1．3．1X射線(xiàn)衍射分析利用XRD分析儀(UltimaIV，日本株式會(huì)社)測(cè)定，測(cè)試條件:Ni片濾波，Cu靶Kα射線(xiàn)，管壓40kV，管流30mA，掃描速度5°/min，衍射角2θ為5°～60°。1．3．2質(zhì)量增加率分析將改性處理后得到的產(chǎn)物干燥至恒定質(zhì)量，計(jì)算質(zhì)量增加率(WPG)，其計(jì)算公式如下：式中:WPG為質(zhì)量增加率，%;m1為改性產(chǎn)物質(zhì)量，g;m0為原料質(zhì)量，g。1．3．3力學(xué)性能分析在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(SANSUTM6503，深圳三思縱橫公司)上進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1040—2006《塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》和GB/T9341—2008《塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》。1．3．4紅外光譜分析利用FT-IR紅外光譜儀(Nicolt．510，美國(guó)尼高力公司)測(cè)定，采用KBr壓片法，將樣品和KBr按0．5%～1．0%的質(zhì)量比混合研磨，壓制成薄片以進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，測(cè)量范圍為500～4000cm－1。1．3．5TG/DTA分析利用同步熱分析儀(STA2500，德國(guó)耐馳公司)測(cè)定，取5～10mg樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下進(jìn)行測(cè)試，其流速為60mL/min，以5℃/min的速率從35℃升溫至650℃。1．3．6掃描電鏡(SEM)分析采用熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(JSM-7600F，日本電子株式會(huì)社)對(duì)樣條斷面形貌進(jìn)行分析。

2結(jié)果和分析

2．1DMSO/TEAC復(fù)合溶劑中TEAC與DMSO質(zhì)量比對(duì)塑化改性的影響經(jīng)球磨預(yù)處理的木粉在DMSO/TEAC溶劑中塑化改性，球磨木粉中較大一部分能溶解在溶液中得到棕黑色黏稠液體，靜置后有少量固體殘?jiān)猎诘撞浚尤氡罂梢晕龀龃罅抗腆w，將固體產(chǎn)物烘干至恒重得到改性產(chǎn)物，改性產(chǎn)物具有熱塑性，可注塑成型，成功制備了注塑級(jí)的生物基塑料。可見(jiàn)DMSO/TEAC溶劑對(duì)球磨木粉通過(guò)簡(jiǎn)單的溶解、析出過(guò)程就可以達(dá)到塑化改性的目的。DMSO/TEAC溶劑改性木粉的機(jī)理如圖1所示:TEAC滲透進(jìn)入球磨木粉內(nèi)部，(C2H5)4N+與纖維素羥基上的氧原子形成配位鍵，Cl－與纖維素羥基上的氫原子形成氫鍵，破壞纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵結(jié)構(gòu)，分子鏈可自由發(fā)生滑移，使改性產(chǎn)物具有熱塑性。前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DMSO/TEAC溶劑塑化改性條件中，溶解溫度、溶解時(shí)間和BMW與溶劑質(zhì)量比對(duì)材料力學(xué)性能的影響較小，而TEAC與DMSO質(zhì)量比對(duì)生物基塑料力學(xué)性能的影響較大，因此研究了TEAC與DMSO質(zhì)量比對(duì)材料力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1中樣品4—7可以看出，隨著TEAC與DMSO質(zhì)量比的增加，材料的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度隨之呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。當(dāng)TEAC與DMSO質(zhì)量比分別為3∶16、4∶16和5∶16時(shí)，改性產(chǎn)物熱塑性較差。這是因?yàn)門(mén)EAC用量過(guò)少時(shí)，體系中(C2H5)4N+和Cl－較少，屏蔽羥基的能力較弱，導(dǎo)致纖維素大分子鏈間的氫鍵作用力依然較強(qiáng)，木粉的熱塑性較弱。TEAC與DMSO質(zhì)量比在6∶16～9∶16范圍內(nèi)，產(chǎn)物均能注塑成型，生物基塑料的拉伸及彎曲強(qiáng)度在TEAC與DMSO質(zhì)量比為6∶16時(shí)最大。隨著TEAC與DMSO質(zhì)量比增加，生物基塑料的力學(xué)強(qiáng)度逐漸下降，推斷是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用于洗滌的丙酮用量和洗滌次數(shù)不變，未參與屏蔽的多余TEAC晶體難以去除，使改性產(chǎn)物中有塑化作用的小分子增多，這勢(shì)必會(huì)對(duì)材料的力學(xué)強(qiáng)度造成不良影響。此外，增加TEAC用量使被塑化的木質(zhì)纖維量增多，未塑化的木質(zhì)纖維量減少，后者對(duì)材料力學(xué)強(qiáng)度的自增強(qiáng)效果也減弱，從而導(dǎo)致材料力學(xué)強(qiáng)度降低。從表1質(zhì)量增加率結(jié)果可見(jiàn)，隨著TEAC用量的增加，產(chǎn)物的質(zhì)量增加率升高。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溶解結(jié)束后用丙酮清洗產(chǎn)物的用量、時(shí)間和次數(shù)等因素對(duì)產(chǎn)物的熱塑性有一定的影響，這是因?yàn)楫a(chǎn)物中有部分成分能溶于丙酮，但這部分物質(zhì)對(duì)產(chǎn)物的熱塑性影響較大。因此實(shí)驗(yàn)中丙酮用量、時(shí)間和次數(shù)是固定的。相比于樣品2和3，樣品4—7的質(zhì)量增加率明顯增加，這是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中丙酮清洗去除溶劑不徹底引起的。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雖然TEAC與DMSO質(zhì)量比為6∶16時(shí)改性產(chǎn)物的熱塑加工性能最優(yōu)，但是其彎曲、拉伸強(qiáng)度并不理想。增塑劑與熱塑性材料共混可以適當(dāng)增加材料的力學(xué)性能，故通過(guò)將改性產(chǎn)物與三乙酸甘油酯共混擠出的方式來(lái)改善其力學(xué)性能［14］。在不同改性產(chǎn)物中加入5%GT(GT占改性木粉與GT總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在研磨儀中混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出(擠出溫度為140℃，螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min)得到GT擠出產(chǎn)物，試驗(yàn)結(jié)果如表2。綜合表1和表2可看出，三乙酸甘油酯對(duì)改性產(chǎn)物增塑效果明顯。未加GT時(shí)，TEAC與DMSO質(zhì)量比分別為3∶16、4∶16和5∶16時(shí)，產(chǎn)物不能注塑;加入5%GT后，表1中不能注塑的樣品均能注塑，且當(dāng)TEAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)(表2樣品3)，材料的彎曲和拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，分別為34．71和16．33MPa。 

2．2擠出溫度對(duì)生物基塑料力學(xué)性能的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)改性產(chǎn)物與GT共混擠出的條件在一定程度上會(huì)影響生物基塑料的性能優(yōu)劣，因此分別研究GT添加量、擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)生物基塑料彎曲和拉伸強(qiáng)度的影響。圖2所示為擠出溫度對(duì)材料的彎曲、拉伸強(qiáng)度的影響。由圖可見(jiàn)，當(dāng)擠出溫度低于100℃時(shí)，GT與改性產(chǎn)物之間未出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，導(dǎo)致擠出困難。隨著擠出溫度的上升，力學(xué)性能出現(xiàn)了小幅提高，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)隨著溫度的升高，有利于各組分間的熔融、共混。繼續(xù)升高溫度，由于高溫下熱塑性基體的熱降解速率加快和聚合度降低導(dǎo)致了生物基塑料彎曲和拉伸強(qiáng)度的下降，溫度高于180℃，樣條無(wú)法注塑。綜上所述，擠出溫度為140℃時(shí)，GT小分子活性最強(qiáng)，滲透進(jìn)纖維素分子鏈的小分子增多，達(dá)到了最佳增塑效果。

2．3螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)生物基塑料力學(xué)性能的影響螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)生物基塑料彎曲、拉伸強(qiáng)度的影響可見(jiàn)圖3。由圖3可知:螺桿轉(zhuǎn)速由40r/min提高至60r/min，材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度有所提高，因?yàn)檩^高的螺桿轉(zhuǎn)速提供的剪切力可促進(jìn)GT小分子均勻地分散在改性產(chǎn)物中，增加了兩者的混溶性［15］。雖然加快螺桿轉(zhuǎn)速帶來(lái)的較大的剪切力會(huì)增強(qiáng)各組分的共混、分散效果，但也會(huì)造成纖維素分子鏈發(fā)生無(wú)規(guī)則斷裂，過(guò)度削弱了分子鏈間相互作用［16］，甚至可能會(huì)對(duì)(C2H5)4N+和Cl－分別與纖維素羥基形成的配位鍵和氫鍵有破壞作用，致使所制備的熱塑性材料彎曲和拉伸強(qiáng)度都降低。

2．4GT添加量對(duì)生物基塑料力學(xué)性能的影響將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GT加入到改性產(chǎn)物中，在研磨機(jī)中混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出后得到GT擠出產(chǎn)物，注塑并測(cè)定力學(xué)性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。GT作為增塑劑的作用主要是使纖維素分子鏈之間的吸引力減小，使相鄰分子鏈間的距離逐漸增大，從而使材料整體具有流動(dòng)、柔韌等性質(zhì)。由圖4可看出，當(dāng)GT含量大于5%，隨著GT的增加，材料的力學(xué)性能呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。原因是過(guò)多的GT小分子會(huì)對(duì)材料過(guò)度塑化，使纖維素分子鏈間的作用力大幅降低，在DMSO/TEAC溶劑塑化改性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)［17］，體現(xiàn)在注塑成型的樣條較軟、黏度大。由圖中可以看出GT最佳用量為5%。

2．5XRD分析球磨木粉、改性產(chǎn)物、GT擠出產(chǎn)物和TEAC的XRD圖如圖5。圖5中:曲線(xiàn)a是球磨木粉的XRD圖;曲線(xiàn)b是TEAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)改性產(chǎn)物的XRD圖;曲線(xiàn)c為T(mén)EAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)與5%GT共混擠出產(chǎn)物的XRD圖;曲線(xiàn)d為T(mén)EAC的XRD圖。觀察曲線(xiàn)圖5a可以發(fā)現(xiàn)，球磨木粉中纖維素Ⅰ晶型的特征峰基本消失，這說(shuō)明球磨預(yù)處理改變了木粉纖維素的晶型。與圖5曲線(xiàn)a相比較，曲線(xiàn)d在2θ=18．0°，26．0°，30．2°等多處出現(xiàn)TEAC的特征衍射峰。而改性產(chǎn)物的XRD圖中并未出現(xiàn)TEAC晶體的衍射峰，說(shuō)明TEAC并未以晶體的形式存在，而是以離子的形式與纖維素羥基形成了配位鍵和氫鍵。此外，對(duì)比圖5曲線(xiàn)a、b、c，GT擠出產(chǎn)物的結(jié)晶度相比于球磨木粉和改性產(chǎn)物有一定程度的下降。

2．6紅外光譜分析圖6中曲線(xiàn)a為BMW的紅外譜圖，曲線(xiàn)b為T(mén)EAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)改性產(chǎn)物的紅外譜圖，曲線(xiàn)c為T(mén)EAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)改性產(chǎn)物加入5%GT的擠出產(chǎn)物的紅外譜圖。曲線(xiàn)b、c沒(méi)有顯示出新的特征吸收峰，這說(shuō)明在改性和擠出過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng);曲線(xiàn)a顯示了球磨木粉的特征峰，包括3424cm－1處的—OH伸縮振動(dòng)峰，2922cm－1處的C—H伸縮振動(dòng)峰，1633cm－1處的峰與結(jié)晶水有關(guān)［18］。與球磨木粉和改性產(chǎn)物相比較，GT擠出產(chǎn)物(曲線(xiàn)c)中纖維素分子的羥基峰向高波數(shù)移動(dòng)，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)GT增塑后纖維素分子鏈間的氫鍵作用力減弱［19］。此外，1727cm－1處的吸收峰是半纖維素中乙酰基、糖醛酸基CO伸縮振動(dòng)峰［20－22］，1048cm－1處是纖維素的C—O伸縮振動(dòng)峰［23］。觀察曲線(xiàn)c可以發(fā)現(xiàn)，加入GT后，1727cm－1處的吸收峰消失，1048cm－1處吸收峰明顯減弱，說(shuō)明與GT共混擠出進(jìn)一步破壞了改性產(chǎn)物中的纖維素和半纖維素［24］。

2．7TG和DTA分析BMW、溶解塑化改性產(chǎn)物和GT擠出產(chǎn)物的TG、DTG曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。結(jié)合球磨木粉的TG和DTG曲線(xiàn)可以看出其初始降解溫度開(kāi)始于180℃，在180～350℃范圍內(nèi)屬于熱裂解過(guò)程，木粉的絕大部分質(zhì)量損失發(fā)生在該階段。這是由于熱裂解生成小分子氣體和大分子的可冷凝揮發(fā)分［25－26］，300℃時(shí)質(zhì)量損失速率最大。350℃以后，屬于緩慢質(zhì)量損失過(guò)程，到640℃左右木粉的殘留質(zhì)量為17．61%。而從改性產(chǎn)物的TG和DTG曲線(xiàn)可以看出，其初始降解溫度為160℃，質(zhì)量損失速率最大值為240℃。GT擠出產(chǎn)物的初始降解溫度和質(zhì)量損失速率最大值分別提前至140和235℃，顯然改性產(chǎn)物與GT共混擠出使材料的熱穩(wěn)定性降低，其原因是改性產(chǎn)物經(jīng)GT增塑后體系中有塑化作用的小分子增多，使纖維素分子鏈間的距離增大并發(fā)生斷裂。另外，在共混擠出過(guò)程中纖維素降解加劇、聚合度降低也是改性產(chǎn)物熱穩(wěn)定性變差的原因之一。BMW、溶解塑化改性產(chǎn)物和GT擠出產(chǎn)物的DTA曲線(xiàn)見(jiàn)圖8。從圖8曲線(xiàn)b和c中可以看出，改性產(chǎn)物和GT擠出產(chǎn)物在235℃左右有一較大的吸熱峰，相對(duì)應(yīng)的此溫度下DTG中改性產(chǎn)物質(zhì)量損失速率亦達(dá)到峰值，因此推斷這應(yīng)該是改性產(chǎn)物熔融并發(fā)生分解吸熱的階段。與球磨木粉對(duì)比，改性產(chǎn)物和GT擠出產(chǎn)物出現(xiàn)了明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變。

2．8SEM分析改性產(chǎn)物(A)和GT擠出產(chǎn)物(B)注塑成型后彎曲斷面放大500倍的掃描電鏡圖見(jiàn)圖9。圖9A是TEAC與DMSO質(zhì)量比為6∶16時(shí)改性產(chǎn)物擠出后注塑成型后斷面的SEM圖，圖9B為T(mén)EAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16時(shí)改性產(chǎn)物與5%GT共混擠出、注塑成型后斷面的SEM圖。從圖9A可以看出TEAC與DMSO質(zhì)量比為6∶16時(shí)改性產(chǎn)物雖能注塑成型，但其彎曲斷面結(jié)構(gòu)較為松散，力學(xué)性能也不佳。圖9B中GT擠出產(chǎn)物的彎曲斷面十分平整光滑，分子間結(jié)合致密，說(shuō)明GT小分子滲透到纖維素大分子鏈間，起到增塑的作用，使生物基塑料光滑、緊實(shí)且力學(xué)性能較佳。

3結(jié)論

1)以DMSO/TEAC溶劑為改性試劑，通過(guò)對(duì)球磨木粉簡(jiǎn)單的溶解和析出，進(jìn)行塑化改性處理。改性過(guò)程中TEAC分子逐漸滲透進(jìn)入纖維素分子鏈，(C2H5)4N+與纖維素羥基上的氧原子結(jié)合形成配位鍵，Cl－和羥基的氫原子結(jié)合形成氫鍵，破壞纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使改性產(chǎn)物具有熱塑性，能夠注塑成型，成功制備注塑級(jí)生物基塑料，證明該溶劑體系塑化改性木粉的方法是可行的。2)將改性產(chǎn)物與三乙酸甘油酯共混擠出來(lái)改善其力學(xué)性能。研究復(fù)合溶劑中TEAC與DMSO質(zhì)量比、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出溫度和GT添加量對(duì)生物基塑料的拉伸、彎曲強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)TEAC與DMSO質(zhì)量比為5∶16塑化改性得到的產(chǎn)物加入5%GT擠出，擠出溫度為140℃，螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min，得到的擠出產(chǎn)物制備得到的生物基塑料的力學(xué)性能最佳，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度最高分別達(dá)到16．33和34．71MPa。3)通過(guò)XRD、紅外譜圖、TG/DTA和掃描電鏡等測(cè)試手段對(duì)改性產(chǎn)物進(jìn)行分析表征后發(fā)現(xiàn):在共混擠出的過(guò)程中，較高的螺桿剪切力促使GT小分子均勻地分散在改性產(chǎn)物中，使改性產(chǎn)物中纖維素分子鏈間的相互作用力減弱，增大分子鏈間的距離，在DMSO/TEAC溶劑初步塑化改性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。GT擠出產(chǎn)物的結(jié)晶度相比球磨木粉和改性產(chǎn)物有所下降。此外，加入GT后，GT擠出產(chǎn)物的初始降解溫度和質(zhì)量損失速率最大值提前至140和235℃，說(shuō)明其熱穩(wěn)定性比球磨木粉和改性產(chǎn)物都低。GT擠出產(chǎn)物的彎曲斷面致密、緊實(shí)。

作者：管雅婷 葉菊娣 李小保 洪建國(guó) 單位：南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院