3.2.3 BCMC/PVA复合膜的制备与性能
3.2.3.1 BCMC的组成及形貌
图3.8为采用了酸碱结合的方法提取的甘蔗渣纤维素。可见所提取出的甘蔗渣纤维素是一种白色、细而均匀的粉末。甘蔗渣纤维素粉末化学组成的测定结果如图3.9所示，甘蔗渣纤维素质量分数为82.73%，半纤维素质量分数为8.23%，木质素质量分数为5.72%，说明提取出的甘蔗渣纤维素的含量较高。
图3.8 甘蔗渣纤维素
把以上提取的甘蔗渣纤维素酸水解，制备晶体，干燥，球磨机粉碎，晶体粉末扫描电镜观察如图3.10所示。可见，BCMC主要呈微米级球形颗粒，具有良好的分散性。
图3.9 甘蔗渣纤维素的化学组成
3.2.3.2 BCMC/PVA复合膜形貌SEM观察
按照一定比例把BCMC加入PVA溶液中，制备出了BCMC/PVA复合膜。为确定BCMC在基体中的分散性，以PVA－5复合膜为例，其扫描电镜断面形貌观察如图3.11所示。可见，BCMC较均匀地分散于PVA膜中，二者结合良好，没有发生明显的团聚现象，说明维晶纤维素与基质间存在的氢键作用有助于维晶纤维素的均匀分散，极性的聚乙烯醇与维晶纤维素之间有良好的界面相容性。
图3.10 BCMC的形态
图3.11 复合膜(PVA－5)的断面微观形貌(www.xing528.com)
3.2.3.3 BCMC/PVA复合膜XRD分析
图3.12是PVA膜及BCMC/PVA复合膜的XRD谱图。可以看出，纯PVA膜在2θ为20°时，有一个不太明显的衍射峰，当BCMC质量分数比为5%时，不仅在2θ为20°的位置出现了明显的衍射峰，而且在2θ为16°和18°的位置出现了两个衍射峰，说明出现了晶体结构，这说明甘蔗渣纤维素以晶体的状态分别在PVA膜中。PVA和BCMC间的相互作用增加了PVA膜的晶体结构，因此BCMC/PVA复合膜在2θ为20°的位置出现了明显的衍射峰。
图3.12 PVA膜和BCMC/PVA复合膜的XRD谱图
3.2.3.4 BCMC/PVA复合膜TGA分析
图3.13是PVA膜及BCMC/PVA复合膜的TGA图。从图中可以看出，纯的PVA膜的起始分解温度和最大重量损失率温度分别为217.41℃和251.05℃，当添加BCMC的质量分数为5%时，起始分解温度和最大重量损失率温度分别为229.12℃和287.91℃，分别比纯的PVA膜增加了11.71℃和36.86℃，说明当添加BCMC时，起始分解温度和最大重量损失率温度增加。纯的PVA膜的残渣量为10.51%，PVA－5的残渣量为16.46%，说明添加BCMC可明显提高复合材料在高温下的残渣量。TGA测试结果说明，BCMC的添加提高了BCMC/PVA的热稳定性能。
3.2.3.5 BCMC/PVA复合膜力学性能分析
图3.14为PVA膜及BCMC/PVA复合膜的拉伸性能测试结果。可以看出，随着BCMC质量分数的增加，复合膜的拉伸强度、断裂伸长率逐渐增大。当BCMC质量分数为5%时，复合膜的力学性能最好，拉伸强度达到58.2 MPa，断裂伸长率为5.638%，分别比纯PVA膜提高了50.98%和16.25%。主要由于BCMC是尺度较小的物质，且具有大的比表面积、表面能和活性，PVA与BCMC之间可能形成了氢键。这使得BCMC能够均匀地分散在PVA溶液中，并与PVA有良好的界面结合，使复合膜具有一定的强度和韧性，因而复合膜表现出良好的力学性能。但BCMC的质量分数超过5%后，使BCMC的分散均匀性降低，影响了PVA与BCMC之间氢键的形成，导致拉伸强度降低。拉伸性能测试结果说明，BCMC的添加提高了BCMC/PVA复合膜的力学性能。
图3.13 PVA膜和BCMC/PVA复合膜的TGA图
图3.14 PVA膜和BCMC/PVA复合膜的抗张强度和断裂伸长率曲线
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