秸秆纤维不饱和聚酯复合材料的制备工艺研究文献综述

 2022-04-13 19:56:11

1 研究目的及意义

不饱和聚酯(UP)是分子链上具有不饱和键(如双键)的聚酯高分子,通常由不饱和二元酸(或酸酐)、饱和二元酸(或酸酐)与二元醇(或多元醇)在一定条件下经缩聚反应而制得。不饱和聚酯中的双键可与苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等单体发生共聚反应生成三维立体网状结构,形成不溶不熔的热固性塑料。

不饱和聚酯具有良好的加工性能,可在室温、常压下固化成型,不释放任何小分子副产物;优良的力学性能、电性能、耐化学腐蚀性和耐环境老化性使得不饱和聚酯在工业、农业、交通及建筑领域有着广泛的应用。但其脆性大、耐热性差、耐化学腐蚀性能低、固化时体积收缩率大等缺点使其在生产和使用过程中受到极大的限制[1]。因此,对不饱和聚酯进行改性十分重要,其中纤维改性不饱和聚酯逐渐成为研究重点。同时,为了响应低碳环保的政策,具有生物可降解性和可再生性的植物纤维开始成为改性不饱和聚酯的研究热点[2-4]

秸秆是指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花等农作物在收获籽实后的剩余部分。我国作为农业大国,秸秆资源十分丰富,每年产量达数亿吨[5]。秸秆纤维是将秸秆材料通过化学方法和物理机械处理的方法,得到稳定和细化后的纤维素纤维,秸秆纤维自身就是一种复合材料[6]。秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维,与石棉等纤维相比,具有无毒及耐腐蚀的特点,且便宜易得、具有可降解性和可再生性,特别是将其与不饱和聚酯复合后,它们优异的比强度和高弹性模量有望改善UP固化后的低冲击强度和低韧性等缺陷[7-9]

有效利用秸秆资源,不仅可以将秸秆变废为宝,还可节能减碳、减少环境污染,同时也是附加价值非常高的一种秸秆处理方法,因此利用秸秆纤维改性各种塑料材料成为处理秸秆的研究热点之一。

2 不饱和聚酯国内外发展历史

1894年Vorlander用顺丁烯二酸酐和乙二醇合成了不饱和聚酯;1930年Bradly , Kropa , Johnson固化UP形成了不溶不熔的热固性高聚物(无乙烯单体),同时代的Ellis发现乙烯类单体存在可大幅度提高UP固化速度。UP开始工业化使用。

二次世界大战(1939~1945)军用需要促进了聚酯树脂工业的发展,特别是玻璃纤维增强UP(聚酯玻璃钢),常被用来制造军用航空雷达天线罩。二战结束后,发现了室温固化剂,UP迅速从军用邻域转向民用。1947年阻聚剂的出现使得大规模储存不饱和聚酯成为可能。自1950年以后,不饱和聚酯因其诸多优良性能,被广泛应用于建筑、化工、电气、医药等领域,且随着人类对资源与环保问题的关注,很多国家开始十分重视不饱和聚酯复合材料的应用研究和回收降解问题。

我国的UP工业开始于1958年,开始时主要用于军工领域。到了70年代初期,UP制品开始由军工转向民用,1976年我国UP总产量达到12kt/a以上。1976~1985年,是UP产业腾飞的阶段,国内市场对UP的需求量极大,1985年全国对UP产量已达40kt以上。1986到1990年,我国的UP产量虽然没有得到大幅提升,但是1985年我国UP行业协作组的成立及1987年UP及其测试方法国家标准的颁布, 标志着我国的UP工业已进入成熟阶段。从1991年UP产业发展至今,不仅我国UP的年增长率持续增长,而且无数科研者也在努力研究改善UP的性能,拓宽其应用范围[10-11]

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