PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展

本文综述了PLA纳米复合材料在食品包装领域的研究进展,具体包括PLA/纳米木质纤维复合材料、PLA/纳米黏土复合材料、PLA/金属或金属氧化物纳米复合材料以及PLA共混聚合物纳米复合材料。并从制备方法、力学性能、热稳定性、降解性能、紫外光/气体阻隔性能、抗菌性能、迁移性能等方面分析了各类纳米复合材料的优势,最后对PLA/纳米复合材料在食品包装的应用前景进行了展望。     

生物质纤维基包装复合材料的研究现状

目的综述纤维基复合材料在包装中的应用和研究现状。方法介绍国内外生物质纤维基复合材料在发泡型材料、薄膜、板材等不同种类包装材料中的应用现状,分别总结各类包装材料使用的基材及制备工艺,比较不同纤维基复合材料的性能差异,指出复合材料在制备工艺及性能上的不足,并展望纤维基包装复合材料的发展前景。结果纤维素具有天然的化学结构,使纤维基材料具有良好的力学性能、阻隔性、可降解性,较好地应用在不同包装材料中。结论纤维基复合材料具有性能优良、可生物降解、经济环保等特点,在包装领域具有较大发展潜力,在原料的选择、制备工艺绿色化及性能的可控性等方面还有较大的研究空间。     

生物质纤维基包装复合材料的研究现状

目的综述纤维基复合材料在包装中的应用和研究现状。方法介绍国内外生物质纤维基复合材料在发泡型材料、薄膜、板材等不同种类包装材料中的应用现状,分别总结各类包装材料使用的基材及制备工艺,比较不同纤维基复合材料的性能差异,指出复合材料在制备工艺及性能上的不足,并展望纤维基包装复合材料的发展前景。结果纤维素具有天然的化学结构,使纤维基材料具有良好的力学性能、阻隔性、可降解性,较好地应用在不同包装材料中。结论纤维基复合材料具有性能优良、可生物降解、经济环保等特点,在包装领域具有较大发展潜力,在原料的选择、制备工艺绿色化及性能的可控性等方面还有较大的研究空间。     

凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能

为了资源化利用油菜秸秆等废弃物, 以油菜秸秆和凹凸棒石为原料, 以酚醛树脂为黏结剂, 通过复合、 热压、 烧结等工艺过程制备了凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷。对不同原料质量配比和烧结温度下制备的复合材料进行性能测试。结果表明, 采用该工艺制备凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷是可行的, 原料的选择、 质量配比、 烧结温度等参数对材料制备过程及性能均有较大的影响。油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为1∶2时复合材料的力学性能较好, 烧结温度在600~700 ℃时, 残炭率最高; 在600~800 ℃范围内, 抗弯强度的提高达到最佳; 在800 ℃时, 导电性能得到改善。     

凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能

为了资源化利用油菜秸秆等废弃物,以油菜秸秆和凹凸棒石为原料,以酚醛树脂为黏结剂,通过复合、热压、烧结等工艺过程制备了凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷.对不同原料质量配比和烧结温度下制备的复合材料进行性能测试.结果表明,采用该工艺制备凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷是可行的,原料的选择、质量配比、烧结温度等参数对材料制备过程及性能均有较大的影响.油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为1:2时复合材料的力学性能较好,烧结温度在600～700℃时,残炭率最高;在600～800℃范围内,抗弯强度的提高达到最佳;在800℃时,导电性能得到改善.     

甲壳素纳米纤维/聚乳酸复合材料的制备及性能

利用甲壳素纳米纤维(CHNFs)对聚乳酸(PLA)进行增强改性,分别采用湿混法和聚乙二醇(PEG)分散剂法制备了挤出成型的CHNFs/PLA复合材料,并对复合材料的力学性能、热性能及微观形貌进行表征。结果表明,制备的α-甲壳素纳米纤维直径小于100 nm,长度为几百微米,具有三维网状结构;湿混法和PEG分散剂法对制备的CHNFs/PLA复合材料都有较好的增强作用,当CHNFs的添加量高于30%时,湿混法制备的复合材料的力学性能明显优于PEG分散剂法制备的复合材料;对复合材料的扫描电镜图分析表明,湿混法制备的复合材料中有大量的网状细丝均匀致密地分散在PLA的断面,达到了对CHNFs预期的分散效果,而PEG分散剂法制备的复合材料中,CHNFs以短小纤维的聚集体形态分布于复合材料的断面,说明聚乙二醇对于CHNFs与PLA体系是良好的界面相容剂,但是该方法降低了CHNFs的长径比。因此湿混法是一种更有效的纤维预处理方式。     

粘胶纤维与Lyocell纤维增强聚乳酸复合材料的性能比较

以聚乳酸(PLA)为基体,分别采用粘胶纤维与Lyocell纤维这2种典型的再生纤维素纤维为增强纤维,通过熔融共混和注塑成型制备了再生纤维素纤维/PLA复合材料,并对这2种复合材料的性能进行了比较研究。结果表明,采用粘胶纤维或Lyocell纤维增强均可有效提高PLA复合材料的结晶度、力学性能和维卡软化温度。粘胶纤维的锯齿形截面有利于其与PLA基体的结合,因此粘胶纤维/PLA复合材料具有略高的冲击强度及拉伸强度。Lyocell纤维增强更有利于复合材料结晶度的提高,使得Lyocell/PLA复合材料具有更高的弹性模量和维卡软化温度。     

亚麻纤维增强聚乳酸可降解复合材料的制备与性能

将制浆造纸用亚麻短纤维与聚乳酸(PLA)熔融共混,用注塑方法成型亚麻纤维/聚乳酸复合材料试样。通过差示扫描量热实验(DSC)、动态力学性能测试(DMA)、热重分析(TGA)和力学性能测试等方法,研究了聚乳酸和亚麻纤维在不同质量配比下,复合材料热性能、动态力学性能和力学性能的变化规律。随着亚麻纤维的加入,复合材料的结晶度增大,热稳定性增强,储能模量得到提高,力学性能也有了明显变化:纤维含量为20%时,拉伸强度为45.88 MPa,比纯PLA的增加了21%;同时,弯曲模量的增幅达到30%。     

互穿网络聚乳酸/细菌纤维素生物复合材料的制备与性能

以聚乳酸(PLA)为基体,细菌纤维素(BC)为增强体,通过PLA-三氯甲烷溶液与BC-无水乙醇悬浮液的共混扩散制备互穿网络结构的PLA/BC生物复合材料。采用扫描电子显微镜、热失重分析仪、偏光显微镜和电子万能试验机等研究了复合材料的微观形态、分散性、力学性能、热分解温度及球晶形貌。结果表明,采用溶液共混扩散法可得到以BC为骨架、PLA缠绕其表面的互穿网络结构的生物复合材料;BC可作为异相成核剂,显著细化PLA的球晶尺寸,提高复合材料的力学性能和热分解温度。BC的质量比为1.0%时,PLA/BC复合材料的球晶尺寸最小,力学性能和热分解温度最高。其中复合材料的缺口冲击强度和热分解温度分别较纯PLA提高了37.84%和约5℃。     

PLA与NCW复合包装薄膜的形貌与性能研究

为了改善生物可降解包装膜聚乳酸(PLA)的脆性,提高其阻隔性能,制备PLA/纳米微晶纤维素晶须(NCW)复合包装薄膜。采用流延法制备不同配比的PLA/NCW可降解复合包装薄膜,研究复合薄膜的表面形貌、力学性能和阻隔性能等。通过原子力显微镜测试(AFM)可看出NCW在PLA基中的分散情况随着NCW含量的增加而变得不均匀,导致膜表面变得粗糙。力学性能测试表明,当NCW含量为1wt%时,复合薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、拉伸模量达到最大值。通过阻隔性能测试发现,随着NCW的加入,复合薄膜的水蒸气和氧气渗透性降低。透光度测试结果说明,加入NCW使复合薄膜的透光率减低。PLA/NCW可降解复合薄膜最佳配比为1wt%。     

Fabrication and characterization of fully biodegradable natural fiber-reinforced poly(lactic acid) composites

Polymer composites were fabricated with poly(lactic acid) (PLA) and cellulosic natural fibers combining the wet-laid fiber sheet forming method with the film stacking composite-making process. The natural fibers studied included hardwood high yield pulp, softwood high yield pulp, and bleached kraft softwood pulp fibers. Composite mechanical and thermal properties were characterized. The incorporation of pulp fibers significantly increased the composite storage moduli and elasticity, promoted the cold crystallization and recrystallization of PLA, and dramatically improved composite tensile moduli and strengths. The highest composite tensile strength achieved was 121 MPa, nearly one fold higher than that of the neat PLA. The overall fiber efficiency factors for composite tensile strengths derived from the micromechanics models were found to be much higher than that of conventional random short fiber-reinforced composites, suggesting the fiber–fiber bond also positively contributed to the composites’ strengths.     

天然纤维素增强聚乳酸复合材料性能研究进展

目的 生物源高分子材料聚乳酸（PLA）具有优良的力学性能、加工性能和生物降解性，为了降低成本同时获得更优产品性能以扩大产品用途，将其与来源广泛的天然纤维素共混是一种绿色有效的途径。方法 本文从复合材料力学性能、热性能与降解性能等方面进行梳理，综述近年来天然纤维增强聚乳酸复合材料的研究，并提出发展趋势。结论 考察了不同类型、比例和形态的天然纤维与不同的纤维改性技术用于多功能应用的PLA基复合材料的制备和改进，降低成本的同时获得更优产品性能以扩大产品用途。     

原纤化Lyocell纤维/聚乳酸复合材料的结构与性能

采用均质分散法制备原纤化Lyocell纤维,探讨了不同初始纤维长度对Lyocell纤维原纤化程度的影响,在此基础上,进一步通过熔融共混和注塑成型制备原纤化Lyocell/聚乳酸(PLA)复合材料,探讨了初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料结构与性能的影响。结果表明,相同处理条件下,纤维初始长度越长,Lyocell纤维原纤化程度越低。Lyocell纤维原纤化能改善纤维与基体的界面结合,从而进一步提高复合材料的力学性能。初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料的拉伸性能无显著影响,而初始长度为4 mm的原纤化Lyocell/PLA复合材料的缺口冲击强度最大,比未原纤化复合材料提高19.0%。此外,Lyocell原纤化后还可进一步提高复合材料的维卡软化温度,当纤维初始长度为10 mm时,原纤化Lyocell/PLA复合材料的维卡软化温度最高,达到161.4℃。     

Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood–plastic composites

The aim of this study was to understand the roles of processing method and fiber size on the properties of wood–plastic composites (WPC). Composites were manufactured using extrusion or injection molding (IM) and fibers of different fiber length-to-diameter (L/D) ratio. IM resulted in better mechanical properties and lower water absorption and swelling than extrusion. These differences can be explained by the structure and surface quality of the composites. Fiber L/D ratio had a beneficial effect on mechanical properties but resulted in decreased water absorption characteristics. These results allow identifying a suitable forming process and/or fiber size according to application needs. This study provides a better understanding of the relationships between processing method, fiber characteristics, and composite behavior.     

改性椰纤维增强聚乳酸复合材料力学性能

目的添加适量椰纤维(CF)改善聚乳酸(PLA)的力学性能,以适应产品的包装。方法采用熔融共混法制备不同CF含量的CF/PLA复合材料。通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察和动态热力学性能测试,探讨添加不同含量的碱洗CF对复合材料力学性能的影响。结果与纯PLA相比,复合材料的拉伸强度降低,冲击强度增大,储能模量增大,玻璃化转变温度降低。当碱洗CF质量分数为3%时,复合材料的冲击强度比纯PLA增加了24%。结论添加CF有利于提高复合材料的力学性能,碱液浸泡更有利于改善CF和PLA基体的界面相容性。     

基于3D打印的木材细胞壁仿生设计

木材中起骨架作用的纤维素是以不同螺旋结构的微纤丝形式存在于细胞壁中。本文通过将3D打印技术与仿真模拟相结合,研究木材细胞壁的纤维螺旋增强结构。使用微晶纤维素(MCC)/聚乳酸(PLA)复合材料,在对MCC/PLA复合材料各项性能进行测试的基础上,借助3D打印技术构建木材细胞壁螺旋结构,通过改变纤维取向和纤维孔状结构编程合成结构的力学功能。有限元仿真则用于强调纤维在刚性单元之间的载荷传递机制中的关键作用。结果表明：通过编程纤维的取向和结构可以宏观调控结构的性能,其中纤维的交叉结构作为一种优化设计可以用于提高结构成型制品的力学性能。这些结构可以被组装成更大的系统,用于构建具有优化特定功能的模块化复合材料;在异质结构设计和新型复合材料制造领域中均具有潜在的应用价值。     

植物纤维增强LDPE复合材料的性能研究

以纸纤维和低密度聚乙烯（LDPE）为原料,经配方改性后,利用双螺杆挤出机共混挤出造粒,最后注塑成型复合材料试样。研究了纸纤维的用量、相容剂LDPE-g-MAH的用量及发泡剂AC的用量对该复合材料力学性能的影响。结果表明：纸纤维添加质量分数为40%～50%时,复合材料的拉伸性能最佳,弯曲强度较好;LDPE-g-MAH的加入提高了复合材料的力学性能,且当LDPE-g-MAH添加质量分数为5%时,复合材料的综合性能较好;发泡后复合材料的密度下降,但冲击强度、拉伸强度、弯曲强度都有不同程度的提高,当AC添加质量分数为3%时,复合材料的综合性能较佳。     

纤维表面改性对PLA/Flax复合材料性能的影响

目的研究纤维表面改性对复合材料结晶、热稳定性、动态力学性能、尺寸稳定性、吸水率等的影响。方法采用碱、碱+马来酸酐、碱+KH550这3种处理方法对纤维表面进行改性,通过熔融挤出与聚乳酸(PLA)混合制备聚乳酸/亚麻纤维(PLA/Flax)复合材料。结果亚麻纤维经表面改性后使PLA更容易发生冷结晶,结晶结构更加致密、完善,PLA/Flax尺寸稳定性优于PLA。纤维的加入提高了PLA的吸水率,但热稳定性能有所降低。纤维表面改性降低了PLA/Flax的储能模量。结论碱+KH550处理纤维与PLA共混所得复合材料的结晶性、尺寸稳定性最佳,为高性能PLA/Flax复合材料的制备提供了一定的实验及理论依据。     

Chopped glass and recycled newspaper as reinforcement fibers in injection molded poly(lactic acid) (PLA) composites: A comparative study

Natural/bio-fibers are replacing synthetic reinforcements traditionally used for the preparation of the environmentally friendly composites. Composite materials are also replacing conventional materials in various fields due to their ease of processability. Chopped glass fiber- and recycled newspaper cellulose fiber (RNCF)- reinforced poly(lactic acid) (PLA) composites were processed using a full size twin-screw extruder and an injection molder. Additionally, a glass-reinforced polypropylene (PP) composite was compounded and molded, and compared to PLA/RNCF and PLA/glass fiber composites. The tensile and flexural moduli of RNCF- reinforced composites were significantly higher when compared to the virgin resin. The morphology, evaluated by scanning electron microscopy, indicated uniform dispersion of both fibers in the PLA matrix. The mechanical and thermo-physical properties of PLA/RNCF, PLA/glass and PP/glass fiber composite were studied and compared using dynamic mechanical analysis (DMA) and thermogravimetric analysis (TGA). DMA results confirmed that the storage and loss moduli of the PLA/RNCF composites increased with respect to the pure polymer, whereas the mechanical loss factor (tan delta) decreased. The results of the TGA experiments indicated that the addition of fibers increased the thermal stability of the biocomposites compared to neat PLA. The heat defection temperature of PLA/RNCF was found to be comparable to that of the glass fiber-reinforced PLA composites. Such studies are of great interest in the development of environmentally friendly composites from biodegradable polymers.