摘要
随着人类对环境污染等问题关注度的提高，开发新型环保材料已成为普遍共识。木塑复合材料是将天然生物质废料与塑料复合制备的一种环保材料，它不仅可以实现对废弃生物质进行回收利用，而且又能减少对石油基不可降解塑料的使用。咖啡渣（Spent coffee grounds,SCG）属于生物质废料的一种，主要成分有纤维素和半纤维素等多糖。因多糖含有大量亲水的羟基，不利于SCG在与疏水性塑料共混时的界面相容，由其制备的木塑复合材料力学性能差。因此，改善界面相容性是制备高性能木塑复合材料的前提。 本论文将SCG作为填料，与石油基塑料聚丙烯（Polypropylene,PP）进行熔融共混制备SCG/PP木塑复合材料。为提高SCG的疏水性和改善SCG与PP的界面相容性，对SCG进行热处理和硅烷偶联剂改性，研究了 SCG/PP复合材料的力学性能、热稳定性和亲疏水性等。此外还研究了硅烷偶联剂对热空气老化处理后复合材料性能的影响。具体研究内容包括: 1.热处理对SCG/PP木塑复合材料性能的影响:首先研究了热处理条件对SCG的影响，数码相机和扫描电镜的结果显示，热处理会使SCG的变得松散，粒径变小，通过残余含油量和水接触角的测定发现，空气气氛下以240℃热处理1.5 h,SCG的残余含油量低，疏水性强，有利于在PP中的分散与界面相容。随后将得到的SCG粉碎，利用熔融共混法制备了 SCG/PP复合材料，通过显微镜、视频接触角仪、热重分析仪、差式扫描量热仪和万能试验机对复合材料的性能分析发现,残余含油量低的SCG在PP中的分散性好，制备的复合材料疏水性强、吸水率低、力学性能优。此外，SCG的粒径和含量对力学性能影响较大，当SCG粒径越小（200目），含量越低（25％）时，复合材料的综合性能越好。 2.硅烷偶联剂对SCG/PP木塑复合材料性能的影响:首先使用硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH540）、3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和乙烯基三甲氧基硅烷（A171）对热处理后的SCG进行表面预处理，红外光谱和视频接触角仪的结果显示，这3种硅烷偶联剂均成功接枝到了 SCG上，SCG的水接触角提高约4°。然后改变三种硅烷偶联剂的用量,对制备的SCG/PP复合材料进行力学性能、亲疏水性和热稳定性测试，分析发现，KH540和KH550的用量为0.5％,A171的用量为3％时，复合材料的性能最好，基于以上用量对SCG/PP复合材料的性能进行对比，结果表明硅烷偶联剂A171对复合材料性能的提高最为明显。最后对硅烷偶联剂A171改性后的复合材料进行热空气老化，微观形貌表明热空气老化对A171-SCG/PP复合材料的破坏程度比SCG/PP小,力学性能结果表明A171-SCG/PP复合材料力学性能下降幅度小，说明硅烷偶联剂A171对复合材料的热老化行为有一定的延缓作用。
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