岳小鵬， 劉鵬杰,3， 雷 丹

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院；陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021; 2.輕化工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，陜西科技大學(xué)，陜西西安 710021; 3.陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

YUE Xiaopeng

酯化淀粉改性木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料性能研究

岳小鵬1,2， 劉鵬杰1,2,3， 雷 丹1

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院；陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021; 2.輕化工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，陜西科技大學(xué)，陜西西安 710021; 3.陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

以辛酰氯作酯化試劑，制備得到酯化淀粉(SE)，并將SE作為界面改性劑應(yīng)用于木薯渣纖維/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)復(fù)合材料的合成。在n(—COCl)∶n(—OH)為2∶1的條件下，取代度(DS)2.13的SE與水的接觸角達(dá)87.9°，相比未處理淀粉，酯化淀粉的疏水性顯著提高。SE用量(以木薯渣纖維質(zhì)量計(jì))5.0%時(shí)，表面處理過(guò)的木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度12.57 MPa、彎曲強(qiáng)度67.53 MPa和沖擊強(qiáng)度4.89 kJ/m2，比未處理纖維制備的復(fù)合材料分別提高了52.7%、24.0%和30.4%。SEM分析表明，SE處理過(guò)的纖維與基體之間表現(xiàn)出更好的相容性。初步推測(cè)SE增強(qiáng)復(fù)合材料界面結(jié)合的機(jī)理為：兩親性的酯化淀粉，其疏水端與PBS基體表面活性相近，易產(chǎn)生良好的相容性；而其親水端易與木薯渣纖維上的羥基通過(guò)氫鍵結(jié)合，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料的界面結(jié)合。

聚丁二酸丁二醇酯；木薯渣纖維；復(fù)合材料；酯化淀粉；界面改性

隨著高分子材料科學(xué)的發(fā)展，用可降解聚合物與植物纖維制備復(fù)合材料成為材料領(lǐng)域當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一[1]。相比其它可降解聚合物，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能優(yōu)異且價(jià)格低廉[2- 3]，是制備可降解復(fù)合材料的理想基體。木薯是我國(guó)南方地區(qū)淀粉生產(chǎn)的主要原料[4]，木薯提取淀粉后產(chǎn)生的木薯渣具有與木材相似的纖維結(jié)構(gòu)[5]。然而，木薯渣一般被作為廢棄物或者廉價(jià)的粗飼料，經(jīng)濟(jì)效益低下。將木薯渣作為木質(zhì)纖維填料添加到PBS中，通過(guò)熔融共混制備可降解的生物質(zhì)復(fù)合材料，能有效降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，對(duì)木薯渣高效利用、節(jié)約資源和緩解能源危機(jī)具有重要意義。目前，以木薯渣纖維與聚合物基體結(jié)合制備復(fù)合材料的相關(guān)報(bào)道不多。趙永青等[6]研究了木薯渣含量對(duì)PBS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響；王曉彤等[7]研究了聚乳酸(PLA)/木薯渣復(fù)合材料的制備工藝。而涉及到復(fù)合材料基體與纖維界面的研究較少。解決纖維與聚合物基體之間的極性差異，是提高木塑復(fù)合材料性能的主要手段之一[8- 9]，通常用偶聯(lián)劑[10]、增溶劑[11]、接枝物等[12]對(duì)復(fù)合材料的界面進(jìn)行改性。淀粉是葡萄糖分子聚合而成的高分子化合物，由于其分子中存在大量的羥基，所以分子間的作用力較強(qiáng)，并且作用力越強(qiáng)其塑化效果也越好，因此，淀粉塑化劑的較好原料。淀粉作為塑化劑已被廣泛應(yīng)用到高分子材料領(lǐng)域中[13- 14]。通過(guò)對(duì)淀粉進(jìn)行酯化改性，在其大分子上引入羧酸、酰氯或酸酐等反應(yīng)活性部位，可以提高聚合物基體與淀粉之間的相容性[15- 18]。然而到目前為止，酯化淀粉(SE)及其衍生物在復(fù)合材料界面改性方面的應(yīng)用與報(bào)告相對(duì)較少。本研究以淀粉和辛酰氯合成酯化淀粉，并將其作為界面改性劑對(duì)木薯渣纖維進(jìn)行改性后制備木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料，通過(guò)接觸角、取代度的測(cè)定對(duì)SE的表面活性進(jìn)行表征，并且對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行研究，同時(shí)通過(guò)掃描電鏡(SEM)對(duì)兩相界面進(jìn)行分析，從而推測(cè)酯化淀粉作為大分子偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)合的影響機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1原料及儀器

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，型號(hào)ECONORM 1201，山東淄博匯盈新材料公司；木薯渣，粒度150～178 μm，在105 ℃下烘干8 h，備用；可溶性淀粉，在80 ℃下烘干8 h，備用；辛酰氯、二甲基亞砜、三乙胺、4A型分子篩、無(wú)水乙醇、氫氧化鉀、鹽酸(體積分?jǐn)?shù)36.0%～38.0%)、丙酮、酚酞，均為市售分析純。實(shí)驗(yàn)試劑及溶劑使用前均經(jīng)4A型分子篩脫水處理。

DAT1100型接觸角分析儀，德國(guó)FIBRO公司； Nexus 5700型傅里葉紅外變換光譜(FT-IR)儀，美國(guó)Nicolet公司； JDL型沖擊測(cè)試儀、萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)揚(yáng)州天發(fā)實(shí)驗(yàn)機(jī)械有限公司；VEGA3 SBU/SBH型掃描電鏡(SEM)，捷克TSECAN公司。

1.2酯化淀粉的制備

1.2.1淀粉酯化 將5.0 g可溶性淀粉溶于100 mL二甲基亞砜中，置于裝有攪拌器、回流冷凝管及恒壓滴液管的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于105 ℃恒溫油浴中不斷攪拌，并在15 min內(nèi)，通過(guò)恒壓滴液漏斗向其中滴加一定量辛酰氯；加入縛酸劑三乙胺使n(三乙胺)∶n(酰氯)=1∶1，反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，向其中加入500 mL無(wú)水乙醇沉淀分離，在2 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心分離10 min，得到酯化淀粉(SE)，并用無(wú)水乙醇多次洗滌，50 ℃真空干燥10 h，備用。淀粉酯化反應(yīng)如圖1所示：

圖1 淀粉酯化反應(yīng)

1.2.2得率的計(jì)算 酯化淀粉得率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Y—酯化淀粉的得率，%；mS—酯化淀粉的質(zhì)量，g；m—可溶性淀粉質(zhì)量，g。

1.2.3酯化淀粉取代度(DS)測(cè)定 稱取150 mg干SE，浸泡在10 mL丙酮水溶液(體積比1∶1)中，室溫溶脹24 h。然后加入5 mL 1 mol/L的氫氧化鉀/乙醇溶液，室溫反應(yīng)24 h。用同樣的方法制備2個(gè)可溶性淀粉的空白樣，多余的氫氧化鉀用0.5 mol/L的鹽酸溶液滴定到pH值7。酯化淀粉取代度(DS)按式(2)～(3)計(jì)算：

(2)

(3)

式中：S—?；|(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V0—空白樣消耗的鹽酸的體積，mL；VHCl—酯化淀粉消耗的鹽酸的體積，mL；CHCl—鹽酸的濃度，mol/L；MAcyl—酰基摩爾質(zhì)量，g/mol； 162—淀粉葡萄糖單元平均摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.3木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的制備

1.3.1纖維的表面預(yù)處理 將SE溶于二甲基亞砜配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的溶液，并將溶液均勻的噴在木薯渣纖維表面，SE用量(以木薯渣質(zhì)量計(jì)，下同)為1%～7%。處理后木薯渣置于80 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥24 h后備用。

1.3.2復(fù)合材料的制備 在溫度130 ℃、轉(zhuǎn)速25 r/min的條件下，在開煉機(jī)上混煉15 min，熔融共混制備PBS/木薯渣復(fù)合材料。溫度140 ℃，壓力10 MPa的條件下，在平板硫化機(jī)上將復(fù)合材料模壓5 min，制成厚度約為1.5和4.0 mm的片材，冷卻出模，切割成實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣條。復(fù)合材料中木薯渣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

1.4檢測(cè)與表征

1.4.1FT-IR 采用溴化鉀壓片法，在傅里葉紅外變換光譜儀上對(duì)淀粉和SE進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)。分辨率5 cm-1，掃描次數(shù)80次/秒，波數(shù)范圍20～6000 cm-1。

1.4.2接觸角 將PBS、淀粉與SE熱壓成薄片，用接觸角分析儀測(cè)定SE與水的接觸角。

1.4.3力學(xué)性能 分別參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9341—2008和GB/T 1040.1—2006，在萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)復(fù)合材料的彎曲及拉伸性能進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試速度2 mm/min。參照國(guó)標(biāo)GB/T 1843—2008，在沖擊測(cè)試儀上對(duì)復(fù)合材料的沖擊性能進(jìn)行測(cè)定。

1.4.4SEM 沖擊樣條在液氮中淬斷，并噴金，然后采用掃描電鏡對(duì)樣品進(jìn)行形貌觀察，加速電壓5.0 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1酯化淀粉的性能分析

2.1.1酯化工藝的影響 在不同的酰氯基和羥基物質(zhì)的量之比(n(—COCl)∶n(—OH))下，淀粉與辛酰氯的反應(yīng)結(jié)果如表1所示。

表 1 不同n(—COCl)/n(—OH)條件下淀粉與辛酰氯酯化反應(yīng)結(jié)果Table 1 Esterification reaction results of starch and octanoyl chloride with varied n(—COCl)/n(—OH)

1)DS:取代度degree of substitution

由表1可見，酯化淀粉的取代度和得率隨著n(—COCl)/n(—OH)比值的增加而增大，比值為2.0時(shí)，酯化淀粉的得率比比值1.0時(shí)增加了40.7%，酯化淀粉的取代度達(dá)到2.13。由于疏水性辛酰氯分子鏈的引入，酯化淀粉的表面活性被改變，與水的接觸角相比原淀粉(81.5°)和PBS(80.4°)均增大，n(—COCl)/n(—OH)為2.0時(shí)，酯化淀粉與水的接觸角為87.9°。

圖2 淀粉及酯化淀粉的紅外光譜Fig.2 FT-IR spectra of starch and starch ester

2.2復(fù)合材料的力學(xué)性能

2.2.1酯化淀粉取代度的影響 當(dāng)SE用量2%時(shí)，不同取代度的酯化淀粉作為界面改性劑對(duì)木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響見表2。

表2 酯化淀粉取代度對(duì)木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Table 2 Mechanical performance of cassava composites with different DS of SE

由表2可知，在SE用量相同的條件下，復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊性能隨著酯化淀粉取代度的增加而增大。這是由于取代度高的酯化淀粉其表面的疏水基團(tuán)增加，其改性的木薯渣親油性要相應(yīng)提高，使得木薯渣與PBS基體之間的界面結(jié)合力更強(qiáng)，從而使得復(fù)合材料力學(xué)性能相對(duì)較好。因此，選用DS為2.13，即SE3作為木薯渣纖維的界面改性劑。

2.2.2酯化淀粉用量的影響 SE3用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響見圖3。

圖3 SE3用量對(duì)木薯渣復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

由3圖(a)可知，隨著SE3用量的增加復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高；當(dāng)SE3用量達(dá)到5%時(shí)，經(jīng)SE3表面改性處理的木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最高值12.57 MPa，比未改性的復(fù)合材料提高了52.7%。由3圖(b)可知，當(dāng)SE3用量為5%時(shí)，經(jīng)表面處理的木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最高值67.53 MPa，相比未改性的復(fù)合材料提高24.0%。由3圖(c)可知，經(jīng)表面處理的木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度同樣在SE3用量5%時(shí)達(dá)到最大值4.89 kJ/m2，比未處理的復(fù)合材料提高了30.4%。當(dāng)SE3用量超過(guò)5%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度開始降低。同時(shí)由圖3可知，復(fù)合材料的拉伸模量、彎曲模量也表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。

由此可知，酯化淀粉用量過(guò)少或者過(guò)多都不利于復(fù)合材料力學(xué)性能的提高。當(dāng)過(guò)量的酯化淀粉被應(yīng)用到纖維表面時(shí)，SE會(huì)在PBS與纖維表面形成一個(gè)界面不均一的多分子層，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能下降。這與Sundararaj等[20]的研究結(jié)果一致，即復(fù)合材料的界面趨于飽和時(shí)，繼續(xù)增加界面改性劑的用量，復(fù)合材料就會(huì)以三元共混物的形式存在。

2.3SEM表征

為了進(jìn)一步分析經(jīng)SE表面處理后木薯渣纖維在復(fù)合材料中的分布，及木薯渣纖維和PBS兩相界面結(jié)合的情況，采用SEM對(duì)木薯渣纖維、經(jīng)酯化淀粉表面處理后木薯渣纖維及復(fù)合材料的斷面進(jìn)行表征，結(jié)果見圖4。

圖4 木薯渣纖維和復(fù)合材料的SEM照片

由圖4(a)可見，木薯渣纖維表面有較多裂痕，并且多半從裂痕處斷裂，木薯渣纖維表面較為粗糙；由圖4(b)可見，經(jīng)過(guò)SE3表面處理后木薯渣纖維表面比較光滑，纖維表面的裂痕基本消失；圖4(c)為表面未處理的木薯渣纖維所制備的復(fù)合材料的斷面，可以看出其斷面比較粗糙，并且有團(tuán)聚成塊的木薯渣纖維出現(xiàn)在基體中，此外在斷面上還出現(xiàn)了一些不規(guī)則的孔洞。這說(shuō)明未處理的木薯渣纖維與PBS基體之間的分散性和界面結(jié)合強(qiáng)度較差。相比未處理的木薯渣纖維所制備的復(fù)合材料的斷面，圖4(e)以5%的SE3處理過(guò)的木薯渣纖維制備的復(fù)合材料的斷面的孔洞減少，并且無(wú)團(tuán)聚成塊的木薯渣纖維出現(xiàn)在基體中。表明以5%的SE3處理的木薯渣纖維在基體中的分散性提高，與基體間的結(jié)合更加緊密，證明界面結(jié)合力也更強(qiáng)，這與力學(xué)性能的研究結(jié)果一致。圖4(d)、(f)分別以2%的SE3和7%的SE3處理的木薯渣纖維復(fù)合材料斷面上出現(xiàn)了一些孔洞，并且變得粗糙，這表明過(guò)少或者過(guò)量的SE都不利于復(fù)合材料兩相界面的結(jié)合。

2.4酯化淀粉增強(qiáng)木薯渣復(fù)合材料機(jī)理分析

通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)分析，推測(cè)酯化淀粉作為界面改性劑增強(qiáng)PBS/木薯渣復(fù)合材料的機(jī)理如圖5所示。由于酯化淀粉具有兩親性，酯化淀粉親水端與木薯渣纖維表面的羥基通過(guò)氫鍵連接，其疏水端與PBS基體通過(guò)相似的表面活性相結(jié)合。因此，酯化淀粉在木薯渣纖維和PBS基體之間起到一個(gè)橋梁連接的作用，從而增強(qiáng)了木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料的界面結(jié)合。

圖5 酯化淀粉增強(qiáng)木薯渣復(fù)合材料原理

3 結(jié) 論

3.1以淀粉為原料，辛酰氯為酯化試劑，制備得到酯化淀粉(SE)。在n(—COCl)/n(—OH)=2∶1的條件下制得的SE得率為60.2%，取代度(DS)為2.13。SE的疏水性顯著提高，與水的接觸角達(dá)87.9°。

3.2以SE作界面改性劑改性木薯渣纖維，制備木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料，復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯提高。SE用量(以木薯纖維質(zhì)量計(jì))5.0%時(shí)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到12.57 MPa、67.53 MPa和4.89 kJ/m2，比未經(jīng)SE處理的復(fù)合材料提高了52.7%、24.0%和30.4%。

3.3SEM分析表明，SE處理過(guò)的纖維在基體中的分散性提高，纖維與基體之間表現(xiàn)出更好的相容性，表明纖維與基體間的結(jié)合力更強(qiáng)，從而有益于復(fù)合材料力學(xué)性能的提高。

3.4兩親性的酯化淀粉在PBS與木薯渣纖維之間起到一個(gè)橋梁連接作用，其疏水端與PBS相結(jié)合，親水端與木薯渣纖維結(jié)合，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料的界面結(jié)合。

[1]SATHISHKUMAR T P,NAVANEETHAKRISHNAN P,SHANKAR S. Characterization of natural fiber and composite：A review[J]. Journal of Reinforced Plastics Composites,2013,32(14):1457 - 1476.

[2]FALUDI G,DORA G,RENNER K. Biocomposite from polylactic acid and lignocellulosic fibers:Structure-property correlations[J]. Carbohydrate Polymers,2013,92(2):1767 - 1775.

[3]KIM K J,WHITE J L. Effects of regenerated cellulose and natural fiber on interfacial adhesion,rheology and crystallization property in epsilon-polycaprolactone compounds[J]. Composite Interfaces,2009,16(7/8/9):619 - 637.

[4]陳漢東. 木薯秸稈綜合利用技術(shù)應(yīng)用淺析[J]. 廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化,2011,10(5):26 - 28．

CHEN H D. Application of comprehensive utilization technology of cassava straw[J]. Guangxi Agricultural Mechanization,2011,10(5):26 - 28.

[5]唐賢明,甘衛(wèi)星,占均志,等. 木薯?xiàng)U/木薯渣生物質(zhì)人造板的制備研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè),2015,42(1):17 - 19.

TANG X M,GAN W X,ZHAN J Z,et al. Preparation study on biomass artificial board based on cassava stalk/cassava residue[J]. China Forest Products Industry,2015,42(1):17 - 19.

[6]趙永青,陳福泉,陳榮源,等. 木薯渣/聚丁二酸丁二醇酯全降解復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能[J]. 塑料工業(yè),2014,42(6):117 - 120.

ZHAO Y Q,CHEN F Q,CHEN R Y,et al. Preparation and mechanical properties of cassave residue/polybutylene succinate bio-composites[J]. China Plastics Industry,2014,42(6):117 - 120.

[7]王曉彤,黃麗婕,陳杰,等. PLA/木薯厭氧渣復(fù)合材料的制備工藝[J]. 工程塑料應(yīng)用,2016,44(11):53 - 57.

WANG X T,HUANG L J,CHEN J,et al. Study on preparation of PLA/cassava residues wood plastic composites[J]. Engineering Plastics Application,2016,44(11):53 - 57.

[8]LU J Z,WU Q L,MCNABB H S. Chemical coupling in wood fiber and polymer composites:A review of coupling agents and treatments[J]. Wood Fiber Science,2000,32(1):88 - 104.

[9]XIE Y J,HILL C A S,XIAO Z F,et al. Silane coupling agents used for naturalber/polymer composites:A review[J]. Composites Part A：Applied Science and Manufacturing,2010,41(7):806 - 819.

[10]OGIHARA S,NAKATANI H,KOBAYASHI S,et al. Mechanical and thermal properties and water absorption of jute fiber reinforced poly(butylene succinate) biodegradable composites[J]. Advanced Composite Materials,2012,21(3):241 - 258.

[11]BLEDZKI A K,REIHMANE S,GASSAN J. Thermoplastics reinforced with wood fillers:A literature review[J]. Polymer-Plastic Technology and Engineering,1998,37(4):451 - 468.

[12]ZHOU Z F,XU M,YANG Z Z. Effect of maleic anhydride grafted polyethylene on the properties of chopped carbon fiber/wood plastic composites[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites,2014,33(13):1216 - 1225.

[13]熊漢國(guó),蔡明耀,胡雪峰，等. 淀粉的塑化及其生物降解餐具性能研究[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2002,17(2):55 - 58.

XIONG H G,CAI M Y,HU X F,et al. Plasticization of starch and properties of biodegradable lunch container made from thermoplastics-starch[J]. Journal of The Chinese Cereals and Oils Association,2002,17(2):55 - 58.

[14]熊漢國(guó),李建林,劉友明，等．淀粉的塑化機(jī)理及其在生物降解餐具上的應(yīng)用研究[J]. 食品科學(xué),2001,22(10):37 - 39.

XIONG H G,LI J L,LIU Y M,et al. Study on plasticization mechanism of starch applied to biodegradable food containers[J]. Food Science,2001,22(10):37 - 39.

[15]JUNISTIA L,SUGIH A K,MANURUNG R,et al. Synthesis of higher fatty acid starch esters using vinyl laurate and stearate as reactants[J]. Starch-St?rke,2008,60(12):667 - 675.

[16]LEHMANN A，VOLKERT B. Preparing esters from high-amylose starch using ionic liquids as catalysts[J]. Carbohydrate Polymers,2011,83(4):1529 - 1533.

[17]ABURTO J,ALRIC I,THIEBAUD S,et al. Synthesis,characterization,and biodegradability of fatty-acid esters of amylose and starch[J]. Journal of Applied Polymer Science,1999,74(6):1440 - 1451.

[18]石佳,辛嘉英,王艷,等. 酯化改性淀粉研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技,2014,35(2):395 - 399.

SHI J,XIN J Y,WANG Y,et al. Research progress in esterification starch[J]. Science and Technology of Food Industry,2014,35(2):395 - 399.

[19]岳小鵬,藺奕存,徐永建. 酯化木素用于PBS-CTMP纖維復(fù)合材料界面改性的研究[J]. 中國(guó)造紙,2016,35(8):19 - 24.

YUE X P,LIN Y C,XU Y J. Interfacial modification effect of esterified lignin in poly(butylene succinate)-chemi-thermo mechnical pulp fiber composites[J].China Pulp & Paper,2016,35(8):19 - 24.

[20]SUNDARARAJ U,MACOSKO C W. Drop breakup and coalescence in polymer blends:The effects of concentration and compatibilization[J]. Macromolecules,1995,28(8):2647 - 3657.

Properties of Cassava Dregs Fiber/PBS Composites Modified by Starch Ester

YUE Xiaopeng1,2, LIU Pengjie1,2,3, LEI Dan1

(1.Shaanxi Province Key Laboratory of Papermaking Technology and Specialty Paper,College of Bioresources Chemicalsand Materials Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China; 2.NationalDemonstration Center for Experimental Light Chemistry Engineering Education, Shaanxi Universityof Science and Technology, Xi’an 710021, China; 3.College of Mechanical & ElectricalEngineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)

Starch ester(SE) was prepared by using octanoyl chloride as esterification reagent. SE was further used as interfacial modifier in poly(butylene succinate)(PBS)/cassava dregs fiber composites. The contact angle of SE(synthesized by octanoyl chloride,n(—COCl)/n(—OH)=2∶1; the degree of substitution(DS) 2.13) was determined to 87.9°, and the hydrophobicity of SE was enhanced as compared to the original starch. The bending, tensile and impact strengths of composites modified with 5% SE were 12.57 MPa, 67.53 MPa and 4.89 kJ/m2, respectively. Compared with those of the specimen without any treatment, the tensile, bending and impact strengths were increased by 52.7%, 24.0% and 30.4%, respectively. Furthermore, the improved compatibility between treated fibers and matrix was verified by SEM images. In addition, the mechanism of starch ester as macromolecule interfacial modifier to enhance the interfacial bonding of composites was speculated. The starch ester was amphiphilic property, one end of which is hydrophobic and PBS matrix was combined with the similar surface activity. One end of the hydrophilic and the hydroxyl groups of cassava dregs fiber were bonded by hydrogen bonds. The starch ester played a bridge role between PBS matrix and cassava dregs fiber, resulting in enhancing the interfacial bonding strength of composites.

PBS; cassava dregs fiber; composites; starch ester; interfacial modification

2017- 02-26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51603118)

岳小鵬(1982— )，男，山東青島人，講師，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)復(fù)合材料的研究;E-mailyuexiaopeng@sust.edu.cn。

10.3969/j.issn.0253-2417.2017.05.016

TQ353

A

0253-2417(2017)05- 0119- 07

岳小鵬，劉鵬杰，雷丹.酯化淀粉改性木薯渣纖維/PBS復(fù)合材料性能研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2017，37(5)：119 - 125.