顺序配方法开发榛壳/HDPE杂化生物复合材料及其性能评估

《Polymers》：Hazelnut Shell-Talc-Carbon Black Hybrid High-Density Polyethylene Biocomposites: Formulation-Property Relationships for Potential Rigid Food-Packaging Applications

　　

摘要

农业废弃物为减少原生聚合物消费提供了机遇，然而在多组分复合材料中平衡机械性能、热稳定性和加工性能仍具挑战性。本研究通过顺序配方开发了一种将榛壳（HS）粉、滑石粉、碳质添加剂及马来酸酐接枝改性线性低密度聚乙烯（LLDPE-g-MA）纳入的高密度聚乙烯（HDPE）杂化生物复合材料。对其力学、物理、加工、热学、光谱和形貌性能进行了评估。各配方表现出显著的性能权衡特征。HS/滑石粉配方（PEHSCB4）实现了最高的弯曲强度（38.87 MPa），较纯HDPE高出10.6%，同时保持了相当的拉伸强度。PEHSCB5表现出最高的拉伸模量（963.3 MPa）和邵氏D硬度（71.8），而PEHSCB2和PEHSCB3则实现了最高的V型缺口冲击强度（约29 kJ/m²），相比之下纯HDPE仅为12.78 kJ/m²。熔体流动速率范围为0.22至3.90 g/10 min，所有配方均能通过挤出和注塑成型进行加工。水的吸收率随HS的加入而增加，但在240 h浸泡后所有配方的水吸收率均低于0.36%。热分析揭示了配方依赖性结晶度变化和初始降解行为的差异。FTIR和SEM确认了聚乙烯结构和异质多相形貌。总体而言，顺序配方方法实现了性能的定制，为潜在的刚性食品包装应用提供了进一步评估的依据。