碳酸鈣增強(qiáng)淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備工藝及性能表征

吳珂珂，向紅，劉珍珍，單偉雄，劉濤*

碳酸鈣增強(qiáng)淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備工藝及性能表征

吳珂珂1a，向紅1a，劉珍珍1b，單偉雄2，劉濤1a*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.食品學(xué)院 b.生物質(zhì)工程研究院，廣州 510642； 2.廣州至簡通用設(shè)備制造有限公司，廣州 510760）

制備碳酸鈣增強(qiáng)淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料，研究配方、制備工藝對其性能的影響規(guī)律。以碳酸鈣為填料，木薯淀粉為基材，木質(zhì)纖維為增強(qiáng)體，采用模壓成型方法制備淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料，通過力學(xué)、吸水性能測試，以及傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線衍射儀（XRD）、熱重分析儀（TGA）和掃描電子顯微鏡（SEM）等測試手段，表征碳酸鈣填料含量、成型溫度對制備的復(fù)合材料性能的影響。碳酸鈣添加量為60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、成型溫度為160 ℃時制備的復(fù)合材料拉伸、抗彎和壓縮性能最佳，分別達(dá)到了2.4 MPa、7.3 MPa和3.1 MPa，彈性模量也達(dá)到985.5 MPa。同時紅外光譜、熱重分析及掃描電鏡等表征證明此條件下制備的復(fù)合材料形成了更均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。最佳條件下制備的碳酸鈣增強(qiáng)淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料同時具有較優(yōu)異的力學(xué)性能、耐水性、熱穩(wěn)定性和生物降解性。

淀粉；木質(zhì)纖維；碳酸鈣；復(fù)合材料；生物降解

傳統(tǒng)復(fù)合材料高度依賴不可再生的石油資源，同時產(chǎn)品使用結(jié)束后難以降解，存在不可持續(xù)和環(huán)境污染等問題，因此，以具有天然可再生、可降解、綠色環(huán)保等優(yōu)點的生物質(zhì)原料（例如木質(zhì)纖維和淀粉等）制備的生物基復(fù)合材料，近年來備受關(guān)注[1]。與合成纖維相比，木質(zhì)纖維具有密度低，生物相容性較好，來源豐富等優(yōu)點，木質(zhì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有綠色環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點[2]，可以作為保溫隔熱材料，應(yīng)用于門板、裝修建材和快遞保溫箱等領(lǐng)域[3-4]。與大部分谷物淀粉相比，木薯淀粉具有更低的糊化溫度和更高的直鏈淀粉含量，其產(chǎn)量較高且穩(wěn)定，價格也相對較便宜，是制備淀粉基復(fù)合材料的理想原料[5]。Campos等[6]將木薯淀粉與木質(zhì)纖維通過螺桿擠壓流變儀制備復(fù)合材料，結(jié)果表明，與塑化淀粉（TPS）相比，復(fù)合材料的彈性模量提高了193%，最大應(yīng)力提高了153%，并可使用木質(zhì)纖維殘留物生產(chǎn)各種應(yīng)用的環(huán)保復(fù)合材料。姚家浩等[7]采用熱壓成型制備了淀粉、木質(zhì)纖維復(fù)合材料，結(jié)果表明，淀粉纖維比例為3∶7，熱壓溫度為170 ℃，熱壓時間為15 min時，制備的淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料力學(xué)性能最好。但由于淀粉和木質(zhì)纖維具有親水性，淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐水性和熱性能較差，限制了其應(yīng)用[8-9]，需要對其進(jìn)行增強(qiáng)。

無機(jī)填料成本低、簡單有效，因此在木質(zhì)纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料中添加無機(jī)填料是一種提高復(fù)合材料性能的方法。CaCO3無機(jī)填料具有較好的耐熱性及耐水性等優(yōu)點，與淀粉、木質(zhì)纖維等原料共混后，可顯著改善復(fù)合材料的性能，并降低生產(chǎn)成本，碳酸鈣的加入可起增強(qiáng)增韌的作用[10]。Moo-Tun等[11]發(fā)現(xiàn)CaCO3對提高淀粉基泡沫的耐水性和物理性能有重要作用。Titone等[12]以熔融共混法制備了PBAT/CaCO3復(fù)合材料。研究表明：納米CaCO3加入后，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等均得到一定的提高。

本研究以碳酸鈣為填料，木薯淀粉為基材，回收中密度纖維板木質(zhì)纖維為增強(qiáng)體，制備復(fù)合材料，系統(tǒng)研究填料添加量、成型溫度對復(fù)合材料的力學(xué)、耐水性、熱穩(wěn)定性和生物降解性等性能的影響規(guī)律，采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線衍射儀（XRD）和掃描式電子顯微鏡（SEM）等分析復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性能的構(gòu)效關(guān)系。研究結(jié)果對進(jìn)一步開發(fā)高性能、功能型淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料具有一定的參考意義。

1 實驗

1.1 原料

主要原料：木薯淀粉，南寧市飚鴻貿(mào)易有限公司；回收中密度纖維板木質(zhì)纖維，佛山市三樂建材實業(yè)有限公司；重質(zhì)碳酸鈣（800目），廣州至簡通用設(shè)備制造有限公司；硬脂酸（≥99%），萬耀化工科技有限公司。

1.2 儀器

主要儀器：HD-604S電子萬能試驗機(jī)，海達(dá)國際儀器有限公司；Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜，美國賽默飛世爾科技；TG209F1Libra 熱重分析儀，德國耐馳儀器制造有限公司；EVO MA 15掃描電子顯微鏡，德國ZEISS；EM ACE600真空鍍膜儀，德國Leica儀器有限公司；KRUSS DSA100表面接觸角測量儀，德國Kruss；Ultima Ⅳ X射線衍射儀，日本株式會社理學(xué)。

1.3 復(fù)合材料制備

固定干料總質(zhì)量為150 g，其中木質(zhì)纖維和淀粉的質(zhì)量比固定為3∶7，硬脂酸占干料的2%，只改變CaCO3的含量，按表1配方混合漿料。首先將木薯淀粉充分糊化，然后與木質(zhì)纖維、碳酸鈣等于拌料機(jī)中充分?jǐn)嚢杌靹?，取定量的漿料置于提前設(shè)置好溫度的模具中進(jìn)行熱壓成型，制備不同梯度的淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料。

表1 淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料配方

Tab.1 Formula of starch/wood fiber composites

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

1.4.1 力學(xué)性能測試

抗彎強(qiáng)度和彈性模量按照GB/T 1449—2005進(jìn)行三點彎曲測試，試樣尺寸為100 mm×15 mm×5 mm，跨度固定為60 mm，速度為5 mm/min。拉伸強(qiáng)度根據(jù)GB/T 9641—88進(jìn)行測試，將啞鈴狀樣品165 mm× 20 mm×5 mm置于萬能試驗機(jī)上，并以2 mm/min的速度縱向拉伸，直至其斷裂?？箟簭?qiáng)度按照GB/T 8168—2008進(jìn)行測試，將樣品置于萬能試驗機(jī)上，并以10 mm/min的速度進(jìn)行壓縮測試。由于復(fù)合材料易被壓縮變形而不斷裂，選取60%的應(yīng)變作為終止的依據(jù)，為避免實驗誤差，每組重復(fù)5次。

1.4.2 吸水率與質(zhì)量損失率測試

將樣品裁成50 mm×50 mm×5 mm的方塊，在60 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量不變，記為0。室溫下浸入超純水中，分別于3、6、12、24、36、48、60、72 h后取出，用濾紙吸除表面水后進(jìn)行稱量，記為t，72 h后將吸水后的樣品置于烘箱中干燥至質(zhì)量不變，記為1。根據(jù)式（1）和式（2）分別計算復(fù)合材料的吸水率和質(zhì)量損失率，每個時間梯度重復(fù)4次，取平均值作為最終結(jié)果。

1.4.3 接觸角測量

將樣品（尺寸為60 mm×20 mm×5 mm）水平放在工作臺上，在樣品表面滴入定量的蒸餾水，并捕捉60 s的圖像，通過軟件分析并記錄接觸角，每組重復(fù)3次，取平均值。

1.4.4 傅里葉變換紅外光譜分析（FTIR）

取約1 mg樣品研磨成粉末，加入150 mg溴化鉀與之混合并充分研磨，并于10 MPa壓力下制成圓片，在400～4 000 cm?1頻率下進(jìn)行掃描，掃描32次[13]，分辨率為2 cm?1。

1.4.5 X射線衍射（XRD）

將樣品在烘箱中干燥24 h，研磨成粉末并用200目篩篩分，于石英玻璃樣品槽中壓實，掃描速度為5（°）/min。

1.4.6 熱重分析（TGA）

取2～15 mg經(jīng)過干燥的樣品置于Al2O3坩堝中，以20 ℃/min的速率從30 ℃加熱至900 ℃，氮氣流量為20 mL/min。

1.4.7 掃描式電子顯微鏡（SEM）

使用掃描式電子顯微鏡在5 kV的加速電壓下獲得顯微圖，以觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，在使用SEM分析前，先用真空鍍膜儀對樣品進(jìn)行鍍金。

1.4.8 復(fù)合材料自然降解

將樣品裁成50 mm×50 mm×5 mm的方塊，放入烘箱中干燥至質(zhì)量不變，并記下初始質(zhì)量0。將樣品埋入至少15 cm深的天然土壤中，每個月定期取出樣品，用清水沖洗干凈并烘烤至質(zhì)量不變，記為1，降解率按(0?1)/0×100%計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能分析

2.1.1 碳酸鈣添加量對力學(xué)性能的影響

固定木質(zhì)纖維與淀粉比例，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、60%、70%，在160 ℃下熱壓成型，制備復(fù)合材料，測試抗彎、拉伸和壓縮性能，結(jié)果見圖1a和圖1c。隨著碳酸鈣含量的增加，淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能均先增加后降低，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時，抗彎、拉伸和壓縮強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別為7.3、2.4和3.1 MPa，且彈性模量達(dá)到最大值為985.5 MPa。加入過低或者過高含量的碳酸鈣都會導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能下降，加入適當(dāng)含量的碳酸鈣能使力學(xué)性能增強(qiáng)。這是由于纖維素中的羥基會生成分子內(nèi)及分子間氫鍵，導(dǎo)致木質(zhì)纖維易團(tuán)聚，造成漿料混合不均勻，成型效果不好，而適量碳酸鈣的加入，可以填充木質(zhì)纖維之間的空隙，有利于漿料均勻，減少缺陷，從而增強(qiáng)其力學(xué)性能，且填料自身的剛性也能使得材料剛性增加[14]。

2.1.2 成型溫度對力學(xué)性能的影響

固定木質(zhì)纖維與淀粉比例，碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，選140、160和180 ℃ 3個溫度進(jìn)行熱壓成型，制備復(fù)合材料，分別測試抗彎、拉伸和壓縮強(qiáng)度，結(jié)果見圖1b和圖1c。復(fù)合材料的力學(xué)性能先增加后降低，在160 ℃時抗彎、拉伸和壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為7.3、2.4和3.1 MPa，彈性模量也達(dá)到最大值為985.5 MPa。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，物料在模具中充分流動并溶脹，形成較為均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。溫度過高，將提前攪拌均勻的漿料放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓時，由于物料無法迅速均勻鋪滿模具便已經(jīng)固化，導(dǎo)致復(fù)合材料凹凸不平、結(jié)構(gòu)不均勻、力學(xué)性能降低[15]。

2.2 耐水性能分析

通過測量復(fù)合材料的吸水率和接觸角，研究了CaCO3添加量和成型溫度對其吸水率及耐水性的影響，測試結(jié)果見圖2。隨著復(fù)合材料中CaCO3含量的增加，復(fù)合材料的吸水率降低，耐水性增強(qiáng)，其原因在于CaCO3填料與纖維和淀粉相比密度更高，更容易堆疊形成致密的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率減小，阻礙水分進(jìn)入，增強(qiáng)了復(fù)合材料耐水性。在CaCO3添加量保持不變時，復(fù)合材料的孔隙率基本保持一致，熱壓溫度對復(fù)合材料的吸水率影響較小。不同CaCO3含量和成型溫度制備的復(fù)合材料浸泡水中72 h后質(zhì)量損失率見圖2b，其中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，即成型溫度為160 ℃時質(zhì)量損失率最小，推測是由于填料與淀粉、木質(zhì)纖維具有較好的相容性，形成了較為致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合物材料質(zhì)量損失率最小。SC70-160復(fù)合材料雖然吸水率較低、水接觸角較高，但是由于CaCO3添加量高，與淀粉纖維等原料無法形成較好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能也較差；浸泡72 h后復(fù)合材料較易分散，導(dǎo)致質(zhì)量損失率較高。

圖1 碳酸鈣添加量及成型溫度對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

圖2 不同CaCO3添加量和成型溫度對復(fù)合材料的吸水率、接觸角和質(zhì)量損失率的影響

2.3 紅外光譜（FTIR）分析

木質(zhì)纖維、糊化淀粉、CaCO3原料和SC60-160復(fù)合材料的紅外光譜圖見圖3a。SC60-160復(fù)合材料在3 400和2 920 cm?1附近分別是O—H和C—H拉伸振動，其中羥基官能團(tuán)之間易形成氫鍵，O—H拉伸振動越向低頻移動，形成的氫鍵越強(qiáng)。復(fù)合材料在713、877和1 432 cm?1處觀察到不同的特征峰，歸因于CaCO3中CO32?基團(tuán)的平面內(nèi)外彎曲振動和不對稱拉伸振動[16]，說明復(fù)合材料中淀粉、纖維和CaCO3填料形成了相互作用。其中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、成型溫度為160 ℃時羥基振動頻率降低，淀粉、木質(zhì)纖維及CaCO3填料之間形成更強(qiáng)的氫鍵，物料之間的交聯(lián)效果更好[17]，從而解釋了在此配方和成型溫度下具有較好的力學(xué)性能。

圖3 不同原料對SC60-160的FT-IR和 X射線衍射圖的影響

2.4 XRD分析

淀粉糊化前后、CaCO3原料及SC60-160的XRD測試結(jié)果見圖3b。天然木薯淀粉的衍射峰以2=14.9°、17°、17.6°、22.7°為主，是典型的A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。而經(jīng)過糊化之后，A型晶體結(jié)構(gòu)被破壞，無定形淀粉增加，淀粉具有可塑性，從而有利于淀粉與木質(zhì)纖維等其他原料進(jìn)行充分混合。不同含量填料及成型溫度制備的復(fù)合材料具有相似的X射線結(jié)果[18]。SC60-160復(fù)合材料的XRD如圖3b所示，復(fù)合材料中淀粉的衍射峰消失，說明通過加熱和充分?jǐn)嚢杼幚?，淀粉等原料的顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，更有助于提高淀粉與其他物料的相容性，且填料的加入可能進(jìn)一步促進(jìn)該過程。因此，復(fù)合材料中主要觀察到CaCO3的特征衍射峰。

2.5 熱重分析

采用熱重分析儀測定了不同CaCO3含量和成型溫度下復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，測試結(jié)果見圖4a和4b。復(fù)合材料的TGA主要分為2個階段，以SC60-160復(fù)合材料為主進(jìn)行分析。第1階段（30～400 ℃），主要是木質(zhì)纖維和淀粉的分解，隨著CaCO3含量的增加，此階段的質(zhì)量損失降低，在此階段約有70%的質(zhì)量損失，質(zhì)量損失速率為0.37 %/℃左右。第2階段（400～850 ℃）是CaCO3分解成CaO，進(jìn)而導(dǎo)致約30%的質(zhì)量損失[19]，由于CaCO3占大部分，此階段質(zhì)量損失速率約為0.36 %/℃。由DTG圖可知，當(dāng)CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、成型溫度為160 ℃時，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性較好，且FTIR也表明各原料之間有強(qiáng)烈的相互作用，使得填料均勻地分散在基體中，從而提高熱穩(wěn)定性。

2.6 降解性能

復(fù)合材料埋土自然降解一個月后，有不同程度的降解，樣品表面變得粗糙，且復(fù)合材料周圍有蚯蚓等存在。復(fù)合材料降解率見圖5，其中CaCO3為不可生物降解的無機(jī)物，如果去除無機(jī)物，SC50-160、SC60-160、SC70-160、SC60-140、SC60-180在1個月后的相對質(zhì)量損失分別達(dá)到52%、49%、74%、71%及50%，2個月后的相對質(zhì)量損失分別達(dá)到76%、59%、86%、82%及60%。其中SC60-180由于成型溫度高，復(fù)合材料發(fā)生一定程度的碳化，使其降解率較低。相對而言，SC60-160的降解率最低，其原因可能是其結(jié)構(gòu)更均勻和致密。因此，所制備的淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料具有良好的可降解性。

2.7 微觀結(jié)構(gòu)SEM分析

以SC60-160為代表，通過SEM測試分析了其微觀結(jié)構(gòu)。圖6a可見復(fù)合材料的斷面形成一定的泡孔結(jié)構(gòu)。圖6b觀察到木質(zhì)纖維與淀粉、CaCO3填料等其他助劑間具有良好的相容性，形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而證實了紅外光譜的分析。由圖6c放大1 000倍的SEM圖像觀察到木質(zhì)纖維表面均勻覆蓋著淀粉基質(zhì)，說明經(jīng)過糊化處理，淀粉起到黏結(jié)劑的作用，解決了淀粉與木質(zhì)纖維之間黏結(jié)性差的問題，且CaCO3填料均勻填充在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，使得復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。

圖4 不同碳酸鈣含量和成型溫度對復(fù)合材料熱重曲線(TG)、微商熱重曲線(DTG)的影響

圖5 碳酸鈣添加量及成型溫度對復(fù)合材料降解率的影響

圖6 SC60-160復(fù)合材料的斷面SEM圖像

3 結(jié)語

1）以木質(zhì)纖維為增強(qiáng)體，木薯淀粉為基材，CaCO3為填料，采用模壓成型方法成功制備了淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料，在建筑、包裝等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。

2）確定了CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、熱壓溫度為160 ℃時，制備的淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料SC60-160的力學(xué)性能和耐水性較佳，彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度分別達(dá)到了7.3 MPa、2.4 MPa和3.1 MPa，其原因可歸結(jié)于形成均勻的泡孔結(jié)構(gòu)和淀粉的良好分散。

3）制備的淀粉/木質(zhì)纖維復(fù)合材料具有良好的生物降解性，其中SC60-160復(fù)合材料在第1個月和第2個月的降解率分別達(dá)到了49%和59%，其降解率略低于其他組別，原因可能是其結(jié)構(gòu)更均勻和致密。

[1] HAZRATI K Z, SAPUAN S M, ZUHRI M Y M, et al. Preparation and Characterization of Starch-Based Biocomposite Films Reinforced by Dioscorea Hispida Fibers[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2021, 15: 1342-1355.

[2] MAHMUD S, HASAN K, JAHID M A, et al. Comprehensive Review on Plant-Fiber Reinforced Polymeric Biocomposites[J]. Journal of Materials Science, 2021, 56: 7231-7264.

[3] 劉洋, 朱明野, 喬淵. 聚乙烯/滑石粉/聚丙烯纖維復(fù)合材料的制備及其在建筑層壓板中的應(yīng)用[J]. 塑料科技, 2022, 50(3): 13-16.

LIU Yang, ZHU Ming-ye, QIAO Yuan. Preparation of PE/Talc/PPF Composites and Its Application in Building Laminate[J]. Plastics Science and Technology, 2022, 50(3): 13-16.

[4] 王晉蕾. 綠色建筑材料在建筑工程及裝飾裝修中的應(yīng)用[J]. 居舍, 2023 (19): 68-71.

WANG Jin-lei. Application of Green Building Materials in Building Engineering and Decoration[J]. dwelling, 2023(19): 68-71.

[5] ARMYNAH B, ANUGRAHWIDYA R, TAHIR D. Composite Cassava Starch/Chitosan/Pineapple Leaf Fiber (PALF)/Zinc Oxide (ZnO): Bioplastics with High Mechanical Properties and Faster Degradation in Soil and Seawater[J]. Int J Biol Macromol, 2022, 213: 814-823.

[6] CAMPOS A, SENA NETO A R, RODRIGUES V B, et al. Effect of Raw and Chemically Treated Oil Palm Mesocarp Fibers on Thermoplastic Cassava Starch Properties[J]. Ind Crops Prod, 2018, 124: 149-154.

[7] 姚家浩, 劉濤, 詹濤, 等. 淀粉基纖維環(huán)保復(fù)合材料的制備及阻燃優(yōu)化[J]. 綠色包裝, 2023(5): 28-34.

YAO Jia-hao, LIU Tao, ZHAN Tao, et al. Preparation and Flame-Retardant Optimization of Starch-Based Fiber Environment-Friendly Composites[J]. Green Packaging, 2023(5): 28-34.

[8] JI M, LI F, LI J, et al. Enhanced Mechanical Properties, Water Resistance, Thermal Stability, and Biodegradation of the Starch-Sisal Fibre Composites with Various Fillers[J]. Materials & Design, 2021, 198: 109373.

[9] GUO A, TAO X, KONG H, et al. Effects of Aluminum Hydroxide on Mechanical, Water Resistance, and Thermal Properties of Starch-Based Fiber-Reinforced Composites with Foam Structres[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2023, 23: 1570-1583.

[10] 胡晨曦, 王宇韜, 祝桂香, 等. 無機(jī)填料在生物可降解塑料改性的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 塑料科技, 2022, 50(8): 83-87.

HU Chen-xi, WANG Yu-tao, ZHU Gui-xiang, et al. Application Progress of Inorganic Fillers in Modification of Biodegradable Plastics[J]. Plastics Science and Technology, 2022, 50(8): 83-87.

[11] MOO-TUN N M, I?IGUEZ-COVARRUBIAS G, VALADEZ-GONZALEZ A. Assessing the Effect of PLA, Cellulose Microfibers and CaCO3on the Properties of Starch-Based Foams Using a Factorial Design[J]. Polymer Testing, 2020, 86: 106482.

[12] TITONE V, MANTIA F, MISTRETTA M C. The Effect of Calcium Carbonate on the Photo m2Xidative Behavior of Poly(Butylene Adipateco-Terephthalate)[J]. Macromolecular Materials and Engineering, 2020, 305(10): 2-7.

[13] YANG J, CHING Y C, CHUAH C H, et al. Synthesis and Characterization of Starch/Fiber-Based Bioplastic Composites Modified by Citric Acid-Epoxidized Palm Oil Oligomer with Reactive Blending[J]. Ind Crops Prod, 2021, 170: 113797.

[14] 盧立. 碳酸鈣/木纖維復(fù)合高密度纖維板制備及性能研究[D]. 長沙: 中南林業(yè)科技大學(xué), 2022: 21-23.

LU Li. Preparation and Properties of High-Density Fiberboard from Ground Calcium Carbonate and Wood Fiber[D]. Changsha: Central South University of Forestry and Technology, 2022: 21-23.

[15] 黃麗婕, 趙含宇, 易錟, 等. 木薯渣/聚琥珀酸丁二酯復(fù)合材料的制備與表征[J]. 包裝工程, 2020, 41(15): 110-118.

HUANG Li-jie, ZHAO Han-yu, YI Tan, et al. Preparation and Characterization of Cassava Residues/Polybutylene Succinate Composite[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(15): 110-118.

[16] JENA D K, SAHOO P K. New Strategies for the Construction of Eggshell Powder Reinforced Starch Based Fire Hazard Suppression Biomaterials with Tailorable Thermal, Mechanical and Oxygen Barrier Properties[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2019, 140: 496-504.

[17] ZHANG C W, LI F Y, LI J F, et al. Novel Treatments for Compatibility of Plant Fiber and Starch by Forming New Hydrogen Bonds[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 185: 357-365.

[18] ENGEL J B, AMBROSI A, TESSARO I C. Development of Biodegradable Starch-Based Foams Incorporated with Grape Stalks for Food Packaging[J]. Carbohydrate Polymers, 2019, 225: 115234.

[19] 齊慶杰, 馬云東, 劉建忠, 等. 碳酸鈣熱分解機(jī)理的熱重試驗研究[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2002, (6): 689-692.

QI Qing-jie, MA Yun-dong, LIU Jian-zhong, et al. Thermogravimetric Experiment Research on Thermal Decomposition Mechanics of Calcium Carbonate[J]. Journal of Liaoning Technical University (Natural Science), 2002, (6): 689-692.

Preparation Process and Performance Characterization of CaCO3Reinforced Starch/Wood Fiber Composites

WU Ke-ke1a,XIANG Hong1a, LIU Zhen-zhen1b, SHAN Wei-xiong2,LIU Tao1a*

(1. a. College of Food Science, b. Institute of Biomass Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Guangzhou Zhi Jian General Equipment Manufacturing Co., Ltd., Guangzhou 510760, China)

The work aims to prepare the calcium carbonate (CaCO3) reinforced starch/wood fiber composites and investigate the effect of formula and preparation process on the properties of these composites. Starch/wood fiber composites were prepared by compression molding with CaCO3as filler, cassava starch as substrate, and wood fiber as reinforcement. Then, the composites were characterized by mechanical and water absorption tests with Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffractometry (XRD), thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). When the amount of CaCO3was 60% (mass fraction) and the molding temperature was 160 ℃, the tensile, flexure and compression properties of the composites were the best, reaching 2.4 MPa, 7.3 MPa and 3.1 MPa, and the elastic modulus reached 985.5 MPa. The characterization by FT-IR, TGA and SEM showed that the composites prepared under these conditions formed more uniform network structures. The CaCO3reinforced starch/wood fiber composites prepared under the best conditions have excellent mechanical properties, water resistance, thermal stability and biodegradability.

starch; wood fiber; CaCO3; composites; biodegradable

TB484；TB33

A

1001-3563(2023)23-0019-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.23.003

2023-09-06

國家自然科學(xué)基金（32001264）；廣東省自然科學(xué)基金面上項目（2023A1515012167）

責(zé)任編輯：曾鈺嬋