聚氨酯及其复合材料的合成与表征合成基于阿尔法纤维素纤维

聚氨酯及其复合材料的合成与表征合成基于阿尔法纤维素纤维摘要聚氨酯（PU）基于聚己酸内酯（PCL）和4,40二苯亚甲基二异氰酸酯（MDI）的合成将一个两步骤方法。聚氨酯获得然后用不同量的纤维素的混合来自阿法拉茎提取准备复合材料。纤维素上的热和机械的影响不同复合材料的性能证明了如傅立叶数表征技术手段变换红外光谱（FTIR），差示扫描量热法（DSC），扫描电子显微镜（SEM）...关键词聚氨酯聚己内酯阿尔法纤维素纤维复合材料引言采用天然纤维复合材料已备受关注，由于所获得的复合材料的经济学-生态优势的最后两个十年。许多材料如胡麻[1-3]的属性，亚麻[4]黄麻[5]，斑尾林[6]，进行了研究与热塑性基体。比价格/性能，亮度和生物降解性，以稳定物价天然纤维无动于衷工业领域如包装，汽车，运动和建筑资产。摩洛哥的东方地区拥有丰富的阿尔法厂。这旱生植物属禾本科的家庭和长到在圆筒形的形式1μm的最大高度棒。此外，这种活泼的厂房已在使用的高质量造纸工业[7，8]。的茅草构成强大而坚韧的茎，它的拉丁名''针茅草原藤''表示。事实上，阿尔法茎主要构成纤维素纤维，可再生和可生物降解的聚合物。这些纤维的化学组成是纤维素，半纤维素和木质素[7,9]。在它们的细胞壁中，螺旋导向的纤维素起到增援的作用在柔软的半纤维素和木质素矩阵[10]。纤维素是线性糖类聚合物链组成的D-吡喃葡萄糖单元通过β-1，4-糖苷键连接在一起[11]。在纤维素的电池单元，两个链被接合通过氢键彼此以平行构象。这些单元被打包侧由端，以形成纤维素微纤维，也含有无序或无定形区[12〜14]。半纤维素是一种高度支化的聚合物相比，线性纤维素。其结构中含有多种糖单元而纤维素只含有β-1,4-D-吡喃葡萄糖单元。聚合半纤维素的程度低于10-100倍该纤维素。最后，木质素是一种复杂的烃的聚合物与脂肪族和芳香族成分[15，16]。这个工作的目的是提取和表征摩洛哥茅草纤维素，然后将其用作加强在复合材料。这是由许多理由从阿尔法茎的纤维素纤维，如韧性，重量轻，丰度，廉价，可再生的优点和生物可降解性。然而，文献中是穷人对使用阿尔法纤维作为增强信息在有机基质。在这篇文章的第一部分中，我们将介绍表征纤维素提取阿尔法茎。该第二部分涉及的合成与表征基于聚（ε-己内酯）有机基质聚氨酯。最后，合成聚氨酯的复合材料和阿尔法纤维素纤维，具有不同的矩阵/加固率，将被研究。其目的是确定最佳组合，以获得生物可降解材料热性能和机械性能实验的材料与合成试剂阿尔法植物从Jrada在东部的网站收集摩洛哥7月，收获的时间推荐的阿尔法植物。PCL二醇（数均分子量2000克/摩尔）和双（2-羟基乙基）对苯二甲酸酯（BHET）从Aldrich购买并保存在一个真空干燥器中在P2O5的存在。钠次氯酸钠（次氯酸钠）溶液（40重量％），4,40二苯基亚甲基二异氰酸酯（MDI），四氢呋喃（分析级）（THF），氯仿（分析级）（氯仿），甲醇（分析级）（CH3OH），乙醚和二丁基二月桂酸锡（DBTDL）也通过供给Aldrich公司。作为MDI可二聚在室温下，它在-10℃储存于冰箱中？C。所有试剂均为使用未经提纯。水分含量的阿尔法的测定茎25克地面阿尔法茎都装在一个100毫升的烧杯中。该烧杯放入烘箱中5小时，在110〜C。在此之后干燥处理，它盖住并在干燥器中冷却为30分钟。干阿尔法的23.57克的数量（或94.3％）获得。采掘物质含量的测定在阿尔法茎含有22克干阿尔法盒茎放在在索氏提取器中配备一个1000毫升的圆含有600毫升甲醇/氯仿的底烧瓶（1/2V/V）混合物中。纤维素萃取3小时。该蒸发滤液，在真空下干燥。一个得到1.1克采掘物质的量这相当于总干燥阿尔法茎5％。提取在碱性环境中经过采掘物质淘汰20克干阿尔法茎都装在一个250毫升圆底烧瓶，配配有回流冷凝器和磁搅拌器，含有120毫升KOH溶液1M的混合物加热在1004C3小时，然后立即过滤。该残余物依次用250毫升的NaClO的溶液（40％重量），200毫升乙醇和200毫升乙醚。然后将残余物干燥24小时，在60？C。最终的结果是11克55％纯纤维素的产率，从而表明，阿尔法茎含有纯47％纤维素。聚氨酯合成聚氨酯的制备是一个两步过程。该合成在第一步预聚物：在250毫升反应器中，配有机械搅拌和供给氮，20克（0.01摩尔）PCL，5.26克（0.021摩尔）的MDI和15毫升的THF进行了介绍。将混合物加热到60？C，直到所有的产品融合。扩链，然后在第二个步骤做：后反应在604C下干燥氮气2小时，2.54克BHET在10mLTHF中的（0.01摩尔）加入。后反应3小时，将温度上升到80〜C至除去THF。复合材料的精为0.6毫米，长度聚氨酯和纤维素纤维是混合，在1004C与内部混合器的帮助（Brabender混合器W50）5分钟。共混物转化成使用热压机在100复合膜C，根据收费800公斤1分钟。技术傅立叶变换红外光谱红外光谱记录在一个FTIR8400岛津制作所4000至600厘米-1与4厘米-1的分辨率。样品以薄膜形式与20扫描每个样品。核磁共振1H和13C-NMR光谱记录在Bruker光谱仪250兆赫，在室温下进行。溶剂用于为CDCl3。化学位移以ppm的相对定以四甲基硅（TMS）作为内部reference.Size排阻色谱尺寸排阻色谱图上记录一个用JASCOPU-980智能IOTA2设备提供HPLC泵。采用的色谱柱为PLgel5LMMIXED-D3009月7日至5日毫米，瓦里安公司的流动相：氯仿，流速为1毫升/分钟。将样品用的一个喷射器喷射安捷伦100系列。摩尔质量被确定使用单分散聚苯乙烯标准。差示扫描量热DSC分析采用一个204F1耐驰。进行了实验，在氮气氛下的样品范围从15至20毫克。的温度范围为-80和250C，用的加热速率之间10K分钟-1，随后是冷却在20K分钟-1。一立刻用加热进行第二扫描速率为10K分钟-1。的玻璃化转变温度为在热容量变化的中点取。热重分析TGA的测试提供样品的过程中的质量损失加热。测定在TG209F3进行耐驰51。约15mg样品放入陶瓷在氮气吹扫锅，加热30至600度同为10K分-1的升温。力学性能机械试验，进行了带机类型MTSAdamelLhomargy-DY35XL配备有载荷500氮对哑铃型H3样本细胞（ISO37，34毫米长和4mm宽）在室温下进行。该拉伸速度为10mm/分钟。的杨氏模量，拉伸强度和断裂伸长率进行了计算从应力应变曲线。对于每个样品，其机械性能在断从测试的平均获得10上标本。扫描电子显微镜的进行测量的扫描范围内电子显微镜JEOLJSM-6460LA配备能量色散（思力）X射线光谱仪。电子光束入射在样品垂直于表面和测量下进行以下条件：5千电子伏主梁的能量，10毫米的工作距离，起飞30角？和在下面10-5乇试样腔室的残余压力。所有样品用液氮被折和他们的面部断裂进行分析。结果与讨论从阿尔法纤维素提取茎纤维素提取阿尔法茎用牛皮纸方法[17]如该图所示1。首先，将水分内容和采掘产品在阿尔法茎分别为确定。水分含量是得到了确定简单的称量粉碎阿尔法茎前后干燥在110？C。水分5.7％（重量）被发现在阿尔法茎。随后，采掘产物经拆除索氏提取。干燥萃取物含量阿尔法茎是5％。获得这两个值表明，阿尔法茎具有低水分含量和低采掘物质。一般来说，术语'纤维素提取''是很少使用，而不是''纤维素提纯''，''或纤维素浓缩''是比较常见的。后者是指以消除各种污染物的阿尔法茎五月包含，例如芳族化合物，果胶或半纤维素。在这个过程中，半纤维素和果胶的用热碱溶液提取。然而，后去除果胶和半纤维素，木质素通常是残留的污染物是密切相关的纤维素。它可以通过缓冲溶液处理60℃，通常称为漂白剂。纤维素提取在这些条件下测定的效率是47％。这值与文献中描述的一致阿尔法茎[7,9]和其他植物物种[18，19]。红外光谱是一种适当的技术为学习任何化学处理引入的更改。在图。2，阿尔法的红外光谱茎，商业纤维素和提取纤维素中给出的解释这些光谱是基于从文献中的数据。该阿尔法光谱茎节目的频带的存在下，在2858厘米-1由于芳香C-H键的断裂伸长率木质素[20〜23]。在1732厘米-1波段是由于的半纤维素糖醛酯或羧酸乙酰基酯基的阿魏环和p-香豆酸的木质素和/或半纤维素的[24-27]。Sun等人。[25]报告说，带在1512厘米-1是由于C=C木质素芳环的键伸长。在峰值1643厘米-1是由于水的伸缩振动在阿尔法分子茎[28]。这些频段是不存在的谱中提取的纤维素。该结果表明木质素和半纤维素的提取一直有效。此外，提取出的纤维素的频谱是相同的商业化纤维素。在这些光谱，纤维素的所有特征吸收峰都存在。在3300厘米-1的宽波段对应于拉伸振动O-H键。2915CM-1的带表征的C-H键的伸缩振动纤维素。在1031厘米-1的带是由于在伸长在酒精和醚官能团的C-O键[29]。有还896cm-1处由于C-1组频率的小乐队或环频率，β-糖苷特性葡萄糖单元之间的键[30]。聚氨酯合成与表征研究了有机基质是基于聚聚氨酯（ε-己内酯）和MDI，与BHET作为增链剂。为了控制PCL和BHET的分布沿聚合物链，嵌段聚氨酯是通过预聚物的两个步骤的过程来合成。该第一步是一个中，x-二羟基低聚物的缩合PCL和MDI（方案1）。最初的试剂摩尔比[MDI]/[PCL]等于2.1。MDI的过量使预聚物与NCO基团的两个链末端是获得的。预聚物（图3）的FTIR光谱显示了由吸收的存在形成的氨基甲酸酯基团的在3,340和1533厘米-1由于价波峰和在氨基甲酸酯基的N-H键的变形振动，分别。通常，的价振动的频带在氨基甲酸酯基C=O键发生在身边1675厘米-1。它没有清楚地检测到，因为重叠的位置在C=O酯伸缩振动1724厘米-1。此外，乐队在1597厘米-1，在C=C键的特征芳香环（MDI）被记录在谱。红外分析还揭示了一个乐队在2268厘米-1的存在对应的异氰酸酯基的伸缩振动。这些结果证实，NCO封端的聚氨酯预聚物已获得的。在第二步骤中，BHET被用作扩链剂。在当BHET中加入的时间，溶液变稍有混浊，可能是由于在相分离有关软，硬磁畴[31]的材料。在聚氨酯（图3），主要特点的FTIR光谱异氰酸酯基团中的2266厘米-1完全带消失。这一事实申明链延伸是完全的。此外，一个外观在价3,340CM-1的特点激烈乐队结合的N-H键的振动和一个带在两个CH2的变形731厘米1特性（PCL）和芳香C-H键（BHET）也被说明。这些结果证实，聚氨酯合成已经成功和聚氨酯的化学结构以及该预期。图。PU的4和5，1H和13C-NMR谱和不同的峰分配的报告。的存在下质子和碳原子证实了所有预期的信号在方案1的PU的结构示出。从1H-NMR谱，对苯二甲酸的组合物单元（TU％）的聚合物可以由下式计算芳族质子的峰的积分（8.02ppm）设为MDI亚甲基质子在3.88ppm的和4个质子中心PCL在3.62ppm时，其中九是居中的信号的积分值在9PPM。根据公式。1，本恩％合成价值PU是27％。该值与理论一致值（25％）。因此，综合收益率有已经几乎完全。此外，数均分子量重量通过尺寸排阻色谱法测定的