蔗渣纖維-聚乳酸復(fù)合材料的制備及其性能的研究.pdf

1、聚乳酸是由可再生農(nóng)作物原料如玉米淀粉經(jīng)過(guò)發(fā)酵過(guò)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(nóng)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(jié)果既污染了環(huán)境又造成資源的浪費(fèi)。將蔗渣經(jīng)過(guò)改性處理與聚乳酸制備生態(tài)復(fù)合材料，在合理利用蔗渣資源的同時(shí)，還能降低聚乳酸制品的價(jià)格，提高聚乳酸的利用價(jià)值。蔗渣纖維/聚乳酸

2、生態(tài)復(fù)合材料的研究和發(fā)展對(duì)于解決全球能源與環(huán)境危機(jī)，促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，拓寬蔗渣纖維和聚乳酸的應(yīng)用領(lǐng)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(lián)劑處理蔗渣纖維(SBF)以及堿和偶聯(lián)劑復(fù)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(jié)晶行為、結(jié)晶形態(tài)、表

3、面元素化學(xué)態(tài)以及微觀形貌結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明堿處理使蔗渣纖維本身的結(jié)構(gòu)被破壞，纖維強(qiáng)度大大下降，原纖化嚴(yán)重，表面存在纖維碎屑。通過(guò)XPS分析，ASBF表面的Si元素含量達(dá)到4.15％，比ABF表面Si含量要高，說(shuō)明ASBF中硅烷偶聯(lián)劑的作用更強(qiáng)，這是因?yàn)閴A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(fù)合材料，采用了力學(xué)性能測(cè)試、TG、差示掃描量熱法(DSC)、熱分解動(dòng)力學(xué)、XRD、偏光顯微鏡(

4、POM)以及SEM研究不同BF含量對(duì)BF/PLA復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能、結(jié)晶行為、晶體形態(tài)、界面結(jié)構(gòu)等的影響。結(jié)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(xiàn)象。本文用數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度，用來(lái)表征復(fù)合材料的界面相容性，并得出隨著蔗渣纖維含量的升高，復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度逐漸下降，說(shuō)明界面相容性不斷變差，值得注意的是，BF含量越高，BF對(duì)復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響越來(lái)越小。相比于純PLA

5、，不同BF含量的復(fù)合材料的力學(xué)性能均有不同程度的下降。對(duì)于復(fù)合材料的熱性能，利用TG分析和熱分解動(dòng)力學(xué)根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到復(fù)合材料的熱分解活化能，表明 BF的加入會(huì)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(duì)結(jié)晶的負(fù)面效應(yīng)遠(yuǎn)大于BF作為成核劑的作用。
　　最后，按照BF：PLA=30：100的質(zhì)量比例制備了不同改性方法處理BF與PLA的復(fù)合材料，采用了力學(xué)性能測(cè)試、

6、TG、DSC、熱分解動(dòng)力學(xué)、XRD、XPS、POM和SEM系統(tǒng)研究了UBF/PLA復(fù)合材料、ABF/PLA復(fù)合材料、SBF/PLA復(fù)合材料、ASBF/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能、結(jié)晶行為、結(jié)晶形態(tài)、表面元素化學(xué)態(tài)和界面結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明SBF/PLA復(fù)合材料、ASBF/PLA復(fù)合材料具有良好的界面相容性，力學(xué)性能得到較大的提升，但是堿處理帶來(lái)的負(fù)面作用大于偶聯(lián)劑處理對(duì)纖維的正面作用，而且加工工藝對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能也有較大的影響。通過(guò)