植物纤维在全生物降解复合材料中的应用研究进展

评述了植物纤维/聚乳酸(PLA)复合材料、植物纤维/聚-3-羟基丁酸酯(PHB)复合材料、植物纤维/3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)复合材料,植物纤维/聚己内酯(PCL)复合材料、植物纤维/壳聚糖复合材料、植物纤维/淀粉复合材料、植物纤维/纤维素衍生物复合材料、全植物纤维复合材料的制备和成型方法,分析比较了材料的各种力学性能,以及为了增强材料的力学性能而进行的纤维改性.结果表明,这些复合材料具有性能优良、环境友好、可完全生物降解的特点.展望了植物纤维全生物降解复合材料未来的研究趋势.     

亚麻落麻纤维增强可降解复合材料的弹性模量预测

采用非织造结合热压成型工艺制备了亚麻落麻纤维增强聚乳酸(PLA)基可降解复合材料(亚麻落麻/PLA),发现植物纤维模量具有Weibull概率分布特征,将其引入到Cox模量预报模型及相关修正理论中,提出了非连续植物纤维增强可降解复合材料(D-NFRBC)弹性模量预报模型,该模型可包含纤维模量、长度、取向角概率分布对复合材料模量的影响.结果表明:亚麻落麻/PLA弹性模量在纤维体积分数为39.6％时达到最大.修正后模型对亚麻落麻/PLA弹性模量的预报精度较修正前提高3.67％.     

MAH改性方法对淀粉/聚乳酸界面相容性的影响

以玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐(MAH)为改性剂,通过熔融挤出法制备淀粉/PLA复合材料。研究了MAH分别作为增容剂和淀粉酯化剂这两种改性方法对淀粉/PLA相容性的影响,并对复合材料的熔融加工性能、力学性能和耐水性能进行了测试。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)结果都证明,MAH与原淀粉先进行干法酯化改性再与PLA复配制得酯化淀粉/PLA复合材料,比MAH作为增容剂直接添加制得原淀粉/MAH/PLA复合材料具有更好的界面相容性。受界面相容性提高程度的影响,酯化淀粉/PLA复合材料的熔融加工性能、拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率和耐水性能都优于原淀粉/MAH/PLA复合材料。     

不同植物纤维/PBS复合材料的性能差异比较

采用不同禾本科植物纤维对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行改性,利用热压成型工艺得到植物纤维/PBS复合材料。研究了植物纤维颗粒大小及含量对复合材料力学性能的影响,通过力学性能测试、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、接触角测量等方法比较了不同植物纤维/PBS复合材料性能的差异。研究结果表明,120mesh植物纤维添加量为5%时,复合材料性能最优;竹纤维复合材料较稻草、小麦纤维复合材料具有更优的力学性能、热稳定性、疏水性;禾本科植物纤维的纤维素、综纤维素结晶度越高,植物纤维复合材料性能越好。     

基于熔融沉积3D打印聚乳酸基复合材料的研究进展

目的 半结晶性聚乳酸(PLA)因透明性好、力学性能优异、能生物降解等优点,在加工领域表现出适用范围广等特性,因此对PLA基复合材料在3D打印技术中的研究应用及最新进展状况进行总结,以期提供借鉴与参考。方法 以熔融沉积成型(FDM)、PLA基体为主线,在查阅近年中外文献基础上,分别从PLA结构性能、3D打印成型工艺、PLA基复合材料改性等方面进行了探讨,着重分析工艺参数的技术优化,以及复合材料的结构改性最新研究进展。结果 FDM制备PLA基复合材料的研究取得了丰硕的成果,在3D打印行业中表现优异,潜力巨大,商品化程度越来越高。结论 低廉、高效、可定制的3D打印受到国内外科研工作者广泛关注与青睐,随着新技术的不断探索和突破,以及纳米材质和新型聚合物材料等新型材质应用,使3D打印在成型加工技术上占据绝对优势。     

竹纤维增强聚乳酸复合材料热老化性能

采用氢氧化钠和异氰酸酯处理的界面调控方法对竹纤维(BF)增强聚乳酸(PLA)复合材料界面进行调控,通过注射成型工艺制备BF/PLA复合材料。利用FTIR、XRD、凝胶渗透色谱及SEM等分析手段研究了BF/PLA复合材料热老化性能。研究发现: 热老化过程中PLA分子链中的C O不断水解,分子链的C—O断裂生成聚合度更低的小分子量的PLA,PLA结晶度减小,PLA与BF的接合界面被破坏,拉伸强度和冲击强度随老化时间的增加逐渐降低。BF/PLA复合材料在80℃热老化16天后拉伸强度和冲击强度分别降低了75%和77.6%,在100℃热老化32 h后拉伸强度和冲击强度分别降低了80.3%和83.4%。温度对BF/PLA复合材料老化影响显著,温度越高,老化速度越快。     

MAH/GMA共接枝聚乳酸对木粉/PLA复合材料性能的影响

采用熔融接枝法分别制备马来酸酐接枝聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸和马来酸酐/甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝聚乳酸,并利用红外光谱对接枝共聚物进行结构表征。分别以三种接枝共聚物为相容剂,采用注塑成型制备了木粉/PLA复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断面形貌进行微观分析,结果表明,加入不同接枝共聚物后木粉/PLA复合材料两相看不出明显相界面,界面相容性得到改善。对不同接枝共聚物制备的复合材料的力学性能、加工流动性能和动态流变性能测定的结果显示,加入MAH/GMA共接枝聚乳酸后的木粉/PLA复合材料和未添加相容剂的复合材料相比,拉伸强度和冲击强度分别提高了9.54%和7.23%,复合体系的平衡扭矩和剪切热提高,储能模量及复数黏度均增大。     

亚麻落麻纤维增强可降解复合材料的拉伸强度预测

采用非织造结合热压成型工艺制备了亚麻落麻纤维增强聚乳酸(PLA)基可降解复合材料(亚麻落麻/PLA),研究了纤维体积分数对材料拉伸强度的影响,并利用 Kelly-Tyson拉伸强度预测模型及相关修正理论,提出了非连续植物纤维增强可降解复合材料(D-NFRBC)强度预测模型,该模型考虑了纤维长度、取向角、直径、强度概率分布及材料界面剪切强度与材料中纤维临界长度、纤维极限拉伸强度三者间制约关系对复合材料强度的影响。结果表明;亚麻落麻/PLA拉伸强度在纤维体积分数为39.6%时达到最大,应用本文建立的强度预测模型所得亚麻落麻/PLA拉伸强度预测值与实验值吻合良好。     

植物纤维增强PLA-EAA复合材料的制备与性能

开发新型环保材料以替代塑料已成为解决当前环境问题的主要途径,聚乳酸(PLA)虽然拥有良好的强度,而其较差的韧性极大地限制了其应用.针对此缺陷,本文以乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)为增韧组分,蒸汽闪爆处理后的稻草纤维(SF)为增强组分加入PLA中,通过熔融挤出制备得到了不同原料配比的PLA/EAA/SF复合物,并通过对复合材料形态、热性能及力学性能的表征分析了EAA和植物纤维的加入及用量对复合材料性能的影响.研究结果表明:EAA用量的增加有效提高了复合物的韧性,但其强度低且抑制了聚乳酸的结晶进而使得复合物强度大幅降低;植物纤维的加入既体现明显的增强效果,又起到了连接两相作用,有利于EAA在PLA中的均匀分散,尤其是在高EAA含量的体系中,植物纤维加入还具有增韧效果;同时,EAA的加入还有利于改善复合材料的熔体流动性.当PLA/EAA/SF质量比为60/40/10时,复合材料冲击强度和断裂伸长率较纯PLA提高约15%和65%,且具有良好的力学性能及加工性.     

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。     

PLA/木质纤维复合材料的制备及性能

目的研究PLA/木质纤维复合材料的制备工艺过程,分析PLA纤维含量对复合材料力学性能的影响,确定最优配比,以获得一种可应用于包装中的新型环保复合材料。方法将不同质量配比的PLA纤维及木质纤维按照造纸的工艺进行抄造,获得湿纸胚后再进行热压处理,获得需要的复合材料。对PLA纤维在复合材料中的分散性以及复合材料的力学性能进行表征与测试。结果分散性试验表明,PLA纤维能够与木质纤维均匀混合;当PLA纤维的质量分数为10%时,复合材料的性能较好。力学测试表明,复合材料的拉伸强度最大可达到42.79 MPa,耐折次数可达到1015次。结论 PLA/木质纤维复合材料可采用造纸的方法进行制备,且力学性能较好,能在包装领域内有较为广泛的应用,同时也为可降解纤维的研究应用提供了一种新思路。     

植物纤维增强聚乳酸发泡材料的研究进展

目的 建立基于电感耦合等离子质谱(ICP-MS)技术的总有机锡迁移量分析方法,用于食品接触材料中总有机锡的快速筛查。方法 使用四氢呋喃溶解法筛选出添加有机锡类热稳定剂的试样,采用水和体积分数为4%的乙酸模拟物进行迁移试验,迁移温度为20 ℃和40 ℃,迁移时间为10 d,同时比较常规浸泡迁移和超声加速迁移的结果,对检测方法的精密度、准确度进行了确认。结果 总有机锡迁移测定方法在质量浓度为0.13~13 μg/L时呈良好的线性关系,采用体积分数为4%的乙酸模拟物迁移的检出限为0.011 μg/L,定量限为0.033 μg/L;水模拟物迁移的检出限为0.0097 μg/L,定量限为0.029 μg/L。总有机锡加标回收率范围为98.1%~109.9%,相对标准偏差(RSD)<4.5%。结论 此方法具有灵敏度高、选择性好和准确性高等特点,适用于PVC包装材料中总有机锡迁移量快速分析。     

热塑性淀粉/高密度聚乙烯复合材料的制备及性能研究

目的 总结近年来有关植物纤维增强聚乳酸发泡材料研究的相关文献,为聚乳酸发泡材料的制备及性能研究提供参考。方法 按照发泡方法进行分类,介绍采用不同发泡方法制备植物纤维/聚乳酸复合发泡材料的性能,重点综述采用超临界CO2发泡法时,添加植物纤维对发泡材料性能的影响。 结果 植物纤维增强聚乳酸发泡材料的研究处于实验室研究阶段;添加植物纤维的聚乳酸发泡材料的泡孔尺寸更均匀、更小,泡孔密度增大,力学性能也有所提高。结论 添加植物纤维可以增强聚乳酸发泡材料的力学等性能;植物纤维和聚乳酸复合发泡材料的相关研究对聚乳酸发泡材料的大规模生产具有重要指导意义。     

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。     

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。     

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℃。     

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。     

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.     

天然植物纤维复合材料界面改性研究进展

天然植物纤维基复合材料性能优异,但天然植物纤维独特的结构性能,致使其与聚合物复合还存在诸多问题。提高天然植物纤维在聚合物基体中的分散性,增加纤维与聚合物基体的相容性对于提高天然植物纤维复合材料力学性能有着至关重要的作用。概述了天然植物纤维及其复合材料制备在界面改性方面的研究进展,总结了纤维改性对复合材料性能的影响,目前天然植物纤维改性处理的方法主要有热处理法、碱处理法、偶联剂法、酰化法、表面接枝法、复合处理法等。随着天然植物纤维改性研究的不断深入,天然植物纤维基复合材料应用前景将更加广阔。     

偶联剂对玻璃纤维增强淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

分别以马来酸酐、KH550、KH560和KH570为偶联剂对玻璃纤维进行预处理,再与淀粉、聚乳酸(PLA)复合,通过熔融挤出法制备玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料。研究了偶联剂种类对玻璃纤维增强复合材料熔融指数、力学性能、热性能和熔融流变性能的影响。实验发现马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的熔融指数和力学性能都依次增大,表明KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的界面黏结作用最强。对热性能进行表征发现,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料玻璃化转变温度、重结晶温度、结晶度和热稳定性均依次提高。受玻璃纤维与淀粉/PLA基体界面黏结效果的影响,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA体系的储能模量和复数黏度依次增大。