二甲基硅油包裹處理對共混包裝材料中藥渣纖維性能的影響

李敏雯，溫文杰，張欽發(fā),戴超[ 無限極（中國）有限公司，廣東廣州，50633， 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州，50640]

二甲基硅油包裹處理對共混包裝材料中藥渣纖維性能的影響

李敏雯1，溫文杰1，張欽發(fā)2,戴超2
[1 無限極（中國）有限公司，廣東廣州，510633，2 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州，510640]

藥渣含有豐量的纖維素、半纖維素等物質(zhì)，經(jīng)處理后在與塑料共混提高材料的強度有廣泛的應(yīng)用前景，而提高藥渣纖維的疏水性是提高共混材料強度的關(guān)鍵之一。以靈芝藥渣經(jīng)機械擠攆破碎-發(fā)酵后得到的藥渣纖維為原料，對藥渣纖維采用二甲基硅油包裹進行預(yù)處理，以提高纖維的疏水性，從而提高材料與塑料的相容性。詳細(xì)研究了二甲基硅油包裹預(yù)處理對藥渣纖維的色差的變化、吸濕性和吸水率影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著二甲基硅油用量的增加，其藥渣纖維的吸濕率和吸水率明顯下降，色澤變化也增大，色澤受熱的影響下降，當(dāng)二甲基硅油用量為50g/100g纖維時，預(yù)處理后的藥渣吸水率下降37%。

藥渣纖維；二甲基硅油；疏水性

中藥業(yè)是中國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一, 中藥由于有效成分含量較低，經(jīng)提取、煎煮后會產(chǎn)生大量藥渣，據(jù)統(tǒng)計,我國僅植物類藥渣年排放量就高達(dá)65萬多噸[1],藥渣含有豐量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等生物質(zhì)高分子物質(zhì)，具有較重要的利用價值，藥渣的綜合利用成為研究的熱點。目前藥渣的主要研究集中于藥渣中膳食纖維的提取[2]，生物質(zhì)能源[3-5]、與塑料材料共混提高塑料材料的力學(xué)性能[6-9],特別是與塑料共混在包裝中的應(yīng)用良好的發(fā)展前景[10]。但由于藥渣纖維表面富含極性的羥基，具有很高的吸水性，纖維吸水后的膨脹可導(dǎo)致復(fù)合材料的微裂紋[11]，且一般的基體塑料是憎水的，這將導(dǎo)致藥渣纖維與聚合物的相容性很差,同時極性的藥渣纖維易聚結(jié)成塊，不易在共混材料中分散均勻, 降低了復(fù)合材料的均勻性和力學(xué)性能。

藥渣纖維與塑料共混的關(guān)鍵技術(shù)之一是降低藥渣纖維表面的極性和吸水性，從而提高藥渣纖維與非極性塑料材料的相容性以及改善藥渣纖維結(jié)塊性,以提高藥渣纖維與塑料界面強度和藥渣纖維在塑料中的分散性, 目前提高纖維材料與塑料共混相容性的方法主要有兩種：（1）纖維與塑料共混時加入偶聯(lián)劑[12，13]，此工藝簡單，一定程度上可以改善界面相容性，但無法解決纖維的吸水性和分散性；（2）對纖維表面的預(yù)處理，改善纖維表面的性能，此方法效果好，常用的處理方法主要有物理法和化學(xué)法，物理處理方法有爆破處理法、熱處理法、等離子體處理[14]等，化學(xué)處理有堿處理[15]、硅酸[16]、甲酰氯和亞氯酸鈉及丙烯酸[17]等。藥渣纖維與其他的自然纖維相比，成分復(fù)雜，吸水性強且分散性差，對纖維進行包裹預(yù)處理的研究很少，而對藥渣纖維進行包裹預(yù)處理未見報道，本研究擬將采用非極性和耐熱性好的二甲基硅油對藥渣纖維進行包裹預(yù)處理，提高藥渣纖維表面的疏水性，降低其吸水性和結(jié)塊性，使藥渣纖維與非極性塑料具有良好的相容性和分散性，同時將減少因纖維吸水而導(dǎo)致復(fù)合材料的微裂紋，提高材料的強度。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

靈芝藥渣纖維：無限極（中國）有限公司；

二甲基硅油：黏度1000s，天津大茂化學(xué)試劑廠；

搓磨分絲機：DFB150，丹東東方輕工機械有限公司；

切割式研磨儀：CM200，北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司；

色差計：型號SC-80C，北京康光光學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理 靈芝藥渣經(jīng)搓，自然發(fā)酵除糖后干燥，再采用切割式研磨儀進行超微粉碎成20目藥渣纖維，在110℃條件下干燥180min后進行真空包裝待用。

1.2.2 二甲基硅油包裹處理取藥渣纖維樣品100g共4份，分別加入50ml、100mL、150mL、200mL二甲基硅油乙酸乙酯溶液（50%）進行攪拌均勻后，去除溶劑，在110℃條件下干燥120min后分別測色差、吸濕曲線、吸水率。

1.2.3 二甲基硅油包裹后的藥渣纖維熱處理：取1.2.2二甲基硅油包裹樣品（110℃條件下干燥）50g放入干燥箱中180℃溫度條件下處理40min,在密閉條件下冷卻后分別測定色差、失重率。

1.2.4 色差的測定樣品封閉于透明的PP袋中，測不同位置的色差L、A、B值，測5點平均，并按以下公式計算△E：

式中：L、A、B——樣品的色差值；

L0、A0、B0——對比原樣品（110℃條件下的干燥樣品）的色差值。

1.2.5 吸濕曲線測定 取熱處理后的藥渣纖維樣品5g,放入恒溫恒濕箱中，控制35℃，RH90%條件下，測定其質(zhì)量變化，計算其吸濕率與時間的關(guān)系曲線。

1.2.6 吸水率的測定 取5g（M0）藥渣纖維放入25℃的水中，并用100目的細(xì)篩網(wǎng)壓住使其完全浸入水中60min后過濾后稱重（M），則吸水率計算：

1.3 實驗數(shù)據(jù)處理方法

實驗結(jié)果采用3個試樣的平均值，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，再加補1-3個試樣測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 對藥纖維色澤的影響

藥渣纖維與塑料共混中保持藥渣纖維的天然色澤可以形成藥渣共混材料的特色。圖1結(jié)果表明：隨著二甲基硅油用量的增加，二甲基硅油處理的藥渣纖維的色澤變化也隨之增大，這是由于采用二甲基硅油包裹處理后，在纖維表面會形成一層膜，雖然二甲基硅油是無色的，但二甲基硅油膜的形成會降低纖維表面色的反射強度，造成纖維表面色澤的感觀變化。二甲基硅油用量越大，纖維表面膜的形成越完整，所以色澤變化越大。同時發(fā)現(xiàn)隨著硅油用量的增加，硅油包裹處理后的藥渣纖維經(jīng)180℃熱處理，熱處理對色澤的影響越小，這是由于硅油在纖維表面形成了保護層。

由圖2可以看出：硅油處理后，纖維在180℃條件下，失重率隨硅油用量的增加而下降，說明硅油處理對纖維有保護作用，因此硅油處理可有效降低其與塑料共混時因受熱而造成的色澤的變化，可保持藥渣纖維在與塑料共混時色澤的穩(wěn)定性。

2.2 對中藥纖維吸濕率和吸水率的影響

圖3表明：隨著二甲基硅油用量的增加，預(yù)處理后的藥渣纖維的吸水率和吸濕率（35℃,RH90%）隨之降低，當(dāng)硅油用量為50g/100g時，其吸水率達(dá)到最低，吸水率下降達(dá)37%，這是由于采用二甲基硅油包裹預(yù)處理，可以在纖維表面形成二甲基硅油非極保護膜層，從而提高了纖維的疏水性，降低其吸水性和吸濕率，減少藥渣纖維與非極塑料的界面張力，提高了共混材料的相容性，降低了其吸濕率和吸水性，可降低藥渣纖維與塑料共混材料因吸水而造成的強度下降。

圖1 藥渣纖維熱色差變化值與硅油用量的關(guān)系

圖2 硅油處理后藥渣纖維熱處理纖維失重率與用量關(guān)系

圖3 藥渣纖維吸水率和吸濕率與二甲基硅油用量的關(guān)系

3 結(jié)論

藥渣纖維表面因具有較多的極性吸水性基團，使纖維表面具有較高的表面張力和較強的吸水性，從而使藥渣纖維與塑料的相容性較差，且吸水會造成纖維的膨脹而將導(dǎo)致與塑料復(fù)合材料的微裂紋，降低材料的強度。論文首次采用二甲基硅油對藥渣纖維進行包裹預(yù)處理，由于二甲基硅油在纖維表面形成一層非極性保護層，有效地提高了纖維的疏水性，疏水性的提高不僅大幅度降低纖維的吸水性，減少纖維極性的結(jié)塊現(xiàn)象，而且將減少纖維與非極性塑料的表面張力差，提高了藥渣纖維與塑料的相容性。同時硅油包裹處理后的藥渣纖維不僅可保持其天然色澤，而且還可以使藥渣纖維受熱的影響降低，使纖維與塑料共混時保持色澤穩(wěn)定。

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李敏雯（1973-），女，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生。

張欽發(fā)（1963-），男，博士，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授。E-mail:zhangqinfa@scau.edu.cn

2016-11-01