蔗渣纖維-聚乳酸復合材料的制備及其性能的研究.pdf

1、聚乳酸是由可再生農作物原料如玉米淀粉經過發(fā)酵過程生成乳酸，再由乳酸聚合得到的一種可再生、完全可生物降解疏水性熱塑性聚合物。甘蔗渣是一種可再生的農業(yè)廢棄物資源，成本低，分布廣，密度小，具有生物可降解性。到目前為止，甘蔗渣大部分被焚燒處理，少量剩下的被用作造紙工業(yè)原料和飼料，結果既污染了環(huán)境又造成資源的浪費。將蔗渣經過改性處理與聚乳酸制備生態(tài)復合材料，在合理利用蔗渣資源的同時，還能降低聚乳酸制品的價格，提高聚乳酸的利用價值。蔗渣纖維/聚乳酸

2、生態(tài)復合材料的研究和發(fā)展對于解決全球能源與環(huán)境危機，促進全球經濟可持續(xù)發(fā)展，拓寬蔗渣纖維和聚乳酸的應用領域具有重要的理論意義。
　　首先，制備了堿處理蔗渣纖維(ABF)、偶聯劑處理蔗渣纖維(SBF)以及堿和偶聯劑復合處理蔗渣纖維(ASBF)，采用了熱失重分析(TG)、紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)以及掃描電鏡(SEM)系統(tǒng)研究了不同改性方法處理后BF的熱穩(wěn)定性、結晶行為、結晶形態(tài)、表

3、面元素化學態(tài)以及微觀形貌結構。研究結果表明堿處理使蔗渣纖維本身的結構被破壞，纖維強度大大下降，原纖化嚴重，表面存在纖維碎屑。通過XPS分析，ASBF表面的Si元素含量達到4.15％，比ABF表面Si含量要高，說明ASBF中硅烷偶聯劑的作用更強，這是因為堿處理使纖維的表面積增大。
　　其次，制備了不同含量未處理蔗渣纖維(UBF)與聚乳酸的復合材料，采用了力學性能測試、TG、差示掃描量熱法(DSC)、熱分解動力學、XRD、偏光顯微鏡(

4、POM)以及SEM研究不同BF含量對BF/PLA復合材料力學性能、熱性能、結晶行為、晶體形態(tài)、界面結構等的影響。結果表明，未處理BF與PLA基體之間的界面相容性很差，存在界面間隙和纖維拔出現象。本文用數學模型定量計算復合材料的界面粘結強度，用來表征復合材料的界面相容性，并得出隨著蔗渣纖維含量的升高，復合材料的界面粘結強度逐漸下降，說明界面相容性不斷變差，值得注意的是，BF含量越高，BF對復合材料界面粘結強度的影響越來越小。相比于純PLA

5、，不同BF含量的復合材料的力學性能均有不同程度的下降。對于復合材料的熱性能，利用TG分析和熱分解動力學根據數學模型得到復合材料的熱分解活化能，表明 BF的加入會使PLA的熱穩(wěn)定性變差。DSC、XRD以及POM研究表明，BF在PLA基體中是一種有效的成核劑，但是高含量的BF對結晶的負面效應遠大于BF作為成核劑的作用。
　　最后，按照BF：PLA=30：100的質量比例制備了不同改性方法處理BF與PLA的復合材料，采用了力學性能測試、

6、TG、DSC、熱分解動力學、XRD、XPS、POM和SEM系統(tǒng)研究了UBF/PLA復合材料、ABF/PLA復合材料、SBF/PLA復合材料、ASBF/PLA復合材料的力學性能、熱性能、結晶行為、結晶形態(tài)、表面元素化學態(tài)和界面結構。結果表明SBF/PLA復合材料、ASBF/PLA復合材料具有良好的界面相容性，力學性能得到較大的提升，但是堿處理帶來的負面作用大于偶聯劑處理對纖維的正面作用，而且加工工藝對復合材料的力學性能也有較大的影響。通過