废纸纤维/纳米纤维/PLA复合材料制备及性能研究

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随着可生物降解复合材料的发展,聚乳酸(PLA)因其良好的环保性能得到了广泛的关注,但同时,PLA具有脆性大及成本较高的领域限制。纳米纤维素(NCC)是具有高性能的生物纳米材料,可改善PLA特性缺陷,而废纸纤维(WF)经济环保且易于获取,对PLA复合材料的应用具有重要的现实意义。本文以办公室废打印纸/复印纸为原料,通过硫酸水解法得到纳米纤维素,研究了不同质量分数NCC/PLA二元复合材料、WF/NCC/PLA三元复合材料以及不同种类改性剂改性后WF/NCC/PLA复合材料的力学性能、纤维结构、热稳定性能、结晶性能、吸水性能、降解性能以及复合材料拉伸断面形貌等性能。研究结果表明:
  (1)碱处理比未碱处理所得到的纳米纤维素的整体得率高,最佳得率由碱处理66%制得为35.6%,纳米纤维素粒子尺寸相对较小,具有较大长径比。碱处理前后纳米纤维素的基本特征峰相同,但碱处理后纳米纤维素的结晶度较高,晶粒尺寸也较大,热稳定性优于未碱处理时的纳米纤维素。
  (2)NCC/PLA复合材料整体力学性能得到了提高,3%NCC/PLA复合材料综合力学性能最好,分散较为均匀。NCC/PLA复合材料结晶度提高,吸水性能随钠米纤维素质量分数增加,降解性能变化趋势与吸水性能相同,发生了材料腐蚀降解现象。
  (3)废纸纤维与纳米纤维素的基本特征峰相同,添加废纸纤维后复合材料整体力学性能有所下降,但较PLA综合力学性能有所提升,15%WF/NCC/PLA复合材料综合力学性能最好。WF/NCC/PLA复合材料热稳定性能下降,结晶度增高为22.4%,复合材料的界面相容性较差,与基体有明显的界限。WF/NCC/PLA复合材料的吸水率增加,降解率增大,酸降解造成了复合材料基本结构形态的破坏。
  (4)改性后的WF/NCC/PLA复合材料弯曲性能整体都得到了提高。经钛酸酯、碱处理、PEG及复合改性后的复合材料的热稳定性能都有相应程度的降低,结晶度也都有所提升,吸水性能和降解性能则有所降低。且改性后复合材料纤维与基体的界面明显改善,复合材料的界面结合力得到了提升,改性后复合材料综合力学性能增加。
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