徐冲,张效林,丛龙康,邓祥胜,金霄,聂孙建
天然纤维增强聚乳酸基可降解复合材料的研究进展
徐冲,张效林,丛龙康,邓祥胜,金霄,聂孙建
(西安理工大学印刷包装与数字媒体学院,陕西西安710048)
聚乳酸(PLA)以其优异的生物降解性在可降解材料领域备受关注,然而其脆性、热稳定性以及相对较高的价格限制了其应用领域。采用天然纤维增强PLA复合材料是改善PLA力学及热稳定性能的有效途径之一。本文综述了国内外对天然纤维增强聚乳酸基可降解复合材料的研究现状及新进展,讨论了动物纤维、植物纤维改性聚乳酸复合材料的性能、技术方法及潜在应用领域。此外,论文综述了PLA/植物纤维复合材料降解的研究进展,展望了PLA/天然纤维复合材料在降低PLA复合材料成本、提高力学性能并保持生物降解性能等方面的发展前景。
聚乳酸;复合材料;天然纤维;力学性能;可生物降解
随着人们生活水平的逐渐提高,对资源的需求也不断增加。而不可再生的石油资源消耗量更是惊人,废弃高分子物质造成的“白色污染”对人类生活环境带来了相当大的危害,在一定程度上影响了人类衣食住行。开发可降解的复合材料可减少塑料行业对有限石油资源的依赖程度,是减少“白色污染”、保护生态环境和寻找新型材料的有效途径,同时可以缓解不可降解塑料制品引发的多种环境污染问题。天然纤维增强聚乳酸基复合材料是一种可替代石油基复合材料的新型资源,其具有可生物降解性、环保、重量轻、价格便宜,并表现出良好的物理和力学性能,比如高的比强度、比模量、低密度和较高的加工灵活性[1]。因此,天然纤维增强聚乳酸基复合材料受到越来越多的科学家和社会的关注。天然纤维增强聚乳酸基复合材料可广泛应用于包装行业、服装与纺织行业、汽车装饰领域、生物医学领域;在医用领域,聚乳酸复合材料还可以代替硅橡胶、硅油、聚四氟乙烯等传统的高分子材料。天然纤维根据其来源可分为三大类:动物纤维、植物纤维、矿物纤维。本文主要从动物纤维、植物纤维对聚乳酸的增强来进行论述,并对聚乳酸(PLA)/天然纤维复合材料的应用前景进行了展望。
由于动物纤维具有良好的生物相容性、生物可吸收性、生物可降解性等特性,许多研究人员使用蚕丝来改性聚乳酸复合材料,改性后的PLA/动物纤维复合材料可以良好地应用于生物医学工程和外科手术。用蚕丝增强PLA制备的复合材料具有优异的力学性能,其杨氏模量和拉伸强度有极大提高。
1.1 PLA/丝蛋白纤维复合材料
蚕丝纤维是一种应用于生物医学工程和外科手术的动物纤维,具有良好的生物相容性、生物可吸收性能、力学性能、可再生及可降解性能。近几年,越来越多的研究者们把目光转向用蚕丝来代替合成纤维改性聚乳酸,制备出性能良好的复合材料,甚至有研究者使用一些生物聚合物来增强支架与骨固定器的刚度[2]。
SHAO等[3]利用静电纺丝技术制备出了聚乳酸(PLA)和柞蚕丝素(TSF)混合的多层纳米纤维复合物,并研究了其在骨组织工程中的应用,结果表明,当柞蚕丝素质量分数为10%时,混合纳米纤维复合材料有良好的直径分布和力学性能,其杨氏模量达到417.65MPa,拉伸强度达到180.36MPa。TESFAYE等[4]采用双螺杆挤出机制备出PLA/蚕丝晶体(SNC)复合材料,并进行了4次复合材料的循环加工,对聚乳酸纳米复合薄膜的热降解动力学进行了研究。结果表明,由于热力学性能诱导的分子量减少,纯PLA随着再加工周期数的增加,其活化能降低,但PLA基体复合材料的热稳定性得到了提高,从而推断出生物复合材料的热稳定性可能与分子的有序分布有关。
1.2 PLA/皮胶原纤维复合材料
天然皮粉材料具有良好的生理无毒性、生物相容性和生物可降解性等特点,因此,它可成为生物可降解复合材料的基材之一。
张颖鑫等[5]将废弃皮革材料粉碎后得到的皮粉纤维(SLF)填充在PLA材料中,制备出一种新型PLA/SLF复合材料,研究了不同皮粉纤维添加量对PLA/SLF复合材料力学性能的影响。结果表明,随皮粉纤维添加量的增加,PLA/SLF复合材料的抗张强度和断裂伸长率有增大趋势,添加量为15%时,其力学性能达到最佳;利用XRD和DSC进行分析,结果表明,皮粉的加入对PLA的热性能、结晶性均有明显改善,关于PLA/SLF复合材料的生物可降解性研究,有关实验正在进行。
1.3 PLA/甲壳素(壳聚糖)复合材料
甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞,甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳,高等植物的细胞壁等中,是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性天然高分子纤维素。甲壳素经浓碱处理得到其衍生物壳聚糖(甲壳胺),两者同属于天然有机纤维类产物,均可作为聚乳酸增强材料[6]。
甲壳素纤维含有无定形区和结晶区,结晶区被称为甲壳素纳米晶体。α-几丁质弹性模量可以达到41GPa,热稳定性为280~350℃[7],所以甲壳素可以作为很好的增强体材料。
HERRERA等[8]通过熔融共混的方法将聚乳酸(PLA)、聚己二酸酯(PBAT)、甲壳素纳米晶体、滑石粉和甘油酯增塑剂(GTA)混合制成纳米复合材料,对比不同成分的混合物所产生力学性能,并分析了复合物的热稳定性和结晶度,结果发现,加入少量的甲壳素纳米晶体(CHNCs)可以增加复合物的黏度、热稳定性和结晶度。廖耀祖等[9]以氯仿为共溶剂,通过溶液共混,制备了不同组分的,-双十二烷基化壳聚糖/聚(L–乳酸)(NCS/PLLA)复合膜,利用红外光谱、热分析及扫描电镜探讨了复合膜的氢键作用和相容性,结果表明NCS与PLLA存在较强的氢键作用,复合膜具有良好的相容性。李晶晶等[10]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,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。于建香等[11]在二甲基亚砜中合成羟丙基壳聚糖接枝聚乳酸(HPCS--PLLA),利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(H NMR)、X 射线衍射(XRD)和热失重分析(TG)测试等手段对接枝共聚物的物理及化学性质进行了表征,结果表明,壳聚糖接枝后其结晶性降低,热分解温度从281℃降低到212℃。
由于植物纤维符合节能、环保的潮流,且具有高比强度、可再生、可持续和高生态效率等特性,许多研究人员先后用不同填料来增强生物基复合材料,并研究了复合材料的力学性能、热性能、界面性能和降解性能。用植物纤维填充 PLA 制备复合材料,可降低PLA基体材料密度和复合材料成本,同时能提高材料强度和生物降解率。与木材相比,植物纤维复合材料具有较好的抗弯、抗冲击强度、不收缩和高耐湿性。然而,对于植物纤维复合材料的优化组合,不用考虑基准特性,把握植物纤维和聚合物基质之间的界面结合的最优化才是关键[12]。目前,已有研究人员用洋麻纤维[13]、竹纤维[14]、大麻[15]和黄麻[16]等作为增强体改性PLA基体[17]。
2.1 PLA/木纤维复合材料
JOFFRE等[18]利用乙酰化处理的木纤维(WF)作为填料,以聚乳酸为基体,制备了100%可再生的复合材料,克服了在亲水基存在的情况下,对复合材料力学性能的不利影响。结果发现,在不同的水分含量情况下,乙酰化处理对木纤维和聚乳酸基质之间的黏附性影响程度不同;当复合材料裂纹增长时,纤维基体界面仍然能够转移负载/重新分配应力,从而提高了材料的韧性和强度。
WAY等[19]为了增强聚乳酸,将枫木纤维(WF)作为填料,聚乳酸作为基体,用熔融法制备了聚乳酸/枫木纤维复合材料,对复合材料的力学性能和界面相容性进行了研究。结果表明,经硅烷偶联剂和碱预处理后,复合材料的界面相容性提高,且力学性能也得到增强。
2.2 PLA/竹纤维复合材料
竹纤维具有强度高、性能好、成本低和天然环保等特点,在复合材料制备方面具有显著的潜力[20]。
YUSOFF等[21]用蒸汽爆破法提取竹纤维,并对竹纤维进行拉伸实验,得到了其拉伸强度、拉伸模量和断裂伸张率,并记录其原材料的应力-应变曲线,将洋麻纤维、竹纤维和椰纤维作为增强体,加入PLA制备绿色复合材料,并对复合材料进行拉伸和弯曲实验,使用扫描电子显微镜和光学显微镜观察纤维结构,结果表明:洋麻纤维和竹纤维有助于杨氏模量的提高,而椰纤维具有高延展性,3种增强体的同时加入可以提高材料的拉伸模量和弯曲模量。YANG等[22]采用先热压再冷压的方式制备不同含量的竹纤维/PLA复合材料,研究了竹纤维/PLA复合材料的力学性能和蠕变行为,结果表明,当竹纤维质量分分数达到60%时,复合材料的弯曲性能和抗蠕变性达到最佳。SUJARITJUN等[23]将未处理的竹纤维、香草纤维和椰纤维等天然纤维作为填料,与PLA基体进行复合,得到一种新型复合材料,研究结果表明,复合材料的刚度随着纤维含量的增加显著增大;同时,研究了使用柔性环氧树脂进行表面处理制备的复合材料的力学性能,结果显示,复合材料的拉伸强度随着竹纤维和椰纤维含量的增加而增加。
2.3 PLA/麻纤维复合材料
麻纤维是一种常用的增韧有机高分子植物纤维。天然纤维复合材料上采用较多的韧皮纤维有苎麻、亚麻、黄麻、大麻等。麻纤维具有强度高、密度大、可降解、成本低等优点,可用于增韧聚乳酸,但是麻纤维含有大量极性亲水基团,与聚乳酸的憎水基团存在黏着问题。
DUIGOU等[24]为解决PLA和亚麻纤维界面附着力的问题,使用了水处理法,同时采用高温干燥法对比分析水处理与未处理复合材料的性能。结果表明,经水处理法得到的复合材料在热应力、界面性能和摩擦系数方面有极大提高,但高温干燥时间过长后,水处理的复合材料的弹性模量出现大幅下降,两相间界面附着力也出现下降。GIL-CASTELL等[25]把过氧化二异丙苯(DCP)和马来酸酐(MAH)分别作为自由基引发剂和偶联剂制备PLA质量分数分别为10%、20%和30%的PLA/剑麻纤维复合材料,与未加入过氧化二异丙苯(DCP)和马来酸酐(MAH)偶联剂的复合材料进行对比分析,结果表明,偶联剂的存在会轻微影响复合材料结晶,增加存储模量,同时提高热分解温度,但得到的生物复合材料热稳定性降低;研究表明水热老化会促进复合材料的结晶。ORUE等[26]利用碱和硅烷两种表面改性剂,对剑麻纤维分别进行碱处理、硅烷处理和同时使用碱和硅烷进行处理,得到3组样本,与未进行处理的剑麻纤维进行对比,并使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析仪(TGA)进行研究分析;同时对比分析不同表面处理对纤维/PLA复合材料的剪切强度和拉伸性能,以及碱处理和硅烷处理对纤维的热稳定性和润湿性的影响,结果表明,硅烷处理的剑麻纤维变得更具疏水性,碱处理和硅烷处理都能改进剑麻纤维/PLA复合材料的界面黏附性能。
2.4 PLA/木薯复合材料
木薯渣是一种廉价且运用广泛的木薯淀粉副产品。它含有大约50%的木薯淀粉和纤维,是各种生物产品的宝贵原料[27]。许多研究者把木薯渣应用于改善PLA等天然高分子材料,制备出低成本、可环保、透气性好、生物降解率高的天然高分子复合材料[28-29]。
TEIXEIRA等[30]采用试剂级甘油、硬脂酸和柠檬酸作为加工助剂,采用挤出技术,在PLA基体中加入木薯渣纤维来研究PLA材料的力学性能和热性能。实验表明,填充木薯渣纤维后,PLA复合材料的拉伸强度和拉伸模量降低,但其结晶度和结晶速率明显提高。
2.5 PLA/秸秆纤维复合材料
秸秆中富含大量有机质和植物元素,用途广泛,是一种可再生生物资源。我国秸秆资源丰富,若能加以充分利用,将会减少污染,为企业创造更多经济价值[31]。
YAACAB等[32]将水稻秸秆粉(PSP)作为填料,加入聚乳酸基体中,混合热压成型,然后加压冷却,得到PLA/PSP生物复合材料,研究5%~20%的水稻秸秆粉含量对复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明,PLA/PSP复合材料的拉伸强度随PSP含量的增大而降低,但复合材料的拉伸模量和刚度随PSP含量的增大而增强;差示扫描量热法DSC结果表明,随着填料含量的增加,复合材料的热稳定性和结晶度呈下降趋势。
ZHAO等[33]采用氯化十六烷基吡啶(CPC)表面活性剂处理稻草秸秆纤维(RSF),运用近胶束聚合反应和熔融法制备了PLA/RSF复合材料,将处理的RSF和未处理的RSF与PLA制备的复合材料进行对比分析,结果表明,经过处理的RSF所制备的复合材料其抗拉强度明显增强;当稻草秸秆纤维添加量为30%时,处理过的RSF与0.1%含量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)所制备的PLA/RSF复合材料的伸长率比未处理的RSF所制备的复合材料提高了60.8%。
PLA和植物纤维在适当条件下均可发生降解。聚乳酸的降解可分为简单水解降解和酶催化水解降解,简单水解降解是水分子攻击聚乳酸分子中的酯键,使其分解为羧酸和醇的反应,这是酯化反应的逆反应。聚乳酸降解主要受水解环境的温度、湿度、酸度以及聚合物本身的性质等因素的影响。聚乳酸的酶降解过程是间接的,唯一能使聚乳酸不经水解而直接发生作用的只有蛋白酶K,但水的加入也起了重要的作用,它导致聚合物溶胀而容易被酶进攻。
PLA的结构中含有酯键,易水解,这使得PLA制品有良好的降解性能,被弃后能迅速降解,最终产物为二氧化碳和水,不会污染环境。PLA/植物纤维复合材料的降解机理非常复杂,影响因素繁多,其中分子结构、结晶度、分子量、pH等因素对其降解具有较显著的影响作用,复合材料的降解性能还与植物纤维表面改性的方法、增溶剂的选择等条件有关。但是不管采用哪种降解方式,在相同条件下,复合材料的降解性能都要优于纯PLA。
JAMSHIDIAN等[34]研究表明,无定形区中亲水性的端羧基浓度与结晶度成正比,结晶度越高,越有利于PLA进行水解反应。OZA等[35]采用傅里叶变换红外光谱对复合材料进行分析,结果表明,乙酸酸酐能使活化能增加,大麻纤维表面改性导致了表面官能化的变化,较高的键能导致较高的活化能,从而可以提高复合材料的热稳定性,分析活化能数据有助于更好地理解复合材料的热降解行为。WANG等[36]采用不同方法处理剑麻,共混加入PLA基体中,得到2种复合材料,通过对比分析复合材料与纯PLA的等温结晶曲线发现,将未经处理和处理的剑麻纤维加入PLA基体中,复合材料的熔融温度、结晶度和玻璃化转变温度均有所提高。YU等[37]把处理的复合材料、未处理的复合材料、纯PLA三者进行对比分析,观察复合材料质量随时间天数的变化,结果表明,PLA/椰纤维复合材料的降解速率明显高于纯PLA,18天后用NaOH处理的复合材料质量最高减少了34.9%,而未处理的复合材料减少了22.6%。HIDAYAT等[38]使用真菌,分析不同的微生物对聚乳酸/洋麻复合材料性能的影响,结果表明,在微生物的作用下,PLA基体和洋麻纤维同时发生降解。KHAN等[39]研究表明,由于大麻纤维(HH)可以异质形核,降低自由能垒,从而加快PLA/HH的复合材料结晶速率,PLA/HH复合材料的结晶度比纯PLA高许多,同时复合材料的熔点温度取决于薄片的尺寸和结晶度。LI等[40]把木薯渣用于改善聚乳酸等天然高分子材料,制备出透气性好、成本廉价、生物降解率高的复合材料。LUZI等[41]研究了在蛋白酶条件下PLA/纤维素纳米晶体(CNC)复合材料的降解性能,结果发现,在酶降解过程中,纳米复合膜的结晶度增加。在测试的14天内,薄膜完全解体了,由此得出,表面活性剂会提升堆肥条件下的降解速率,断裂面存在小孔也会加速复合材料的降解。
PLA塑料作为可降解生物塑料的典型代表,近年来受到了全球塑料行业的广泛关注。采用天然纤维增强PLA制备复合材料不仅在改善PLA本身性能缺陷、降低生产成本等方面具有明显的效果,而且制备的复合材料具有可完全生物降解及环境友好等优点,对进一步拓展PLA相关材料的应用领域具有积极的推动作用,发展前景十分广阔。然而,目前PLA/天然纤维复合材料的研究主要是针对PLA韧性增强、复合材料热稳定性提高以及界面改性等方面,仍然存在一些实际问题需要进一步去探究,例如,如何才能更好地改善PLA/生物质天然纤维复合材料的界面相容性,提高其力学性能,控制材料的阻燃性和抗老化性等。另外,PLA/植物纤维复合材料的降解机理过程尚未完全清晰,需要研究者投入大量的时间与精力进行深入研究;关于PLA基复合材料的功能性产品,如导电、耐热、医用等也值得关注。随着人们环保意识的增强、研究的进一步深入和完善,天然纤维增强PLA复合材料必将迎来更广阔的市场空间。
[1] ALKBIR M F M,SAPUAN S M,NURAINI A A,et al.Fibre properties and crashworthiness parameters of natural fibre-reinforced composite structure:a literature review[J].Composite Structures,2016,148:59-73.
[2] HO Mei-po,LAU Kin-tak,WANG Hao,et al.Characteristics of a silk fibre reinforced biodegradable plastic[J].Composites:Part B,2011(42):117-122.
[3] SHAO Weili,HE Jianxin,HAN Qiming,et al.A biomimetic multilayer nanofiber fabric fabricated by electrospinning and textile technology from polylactic acid and Tussah silk fibroin as a scaffold for bone tissue engineering[J].Materials Science and Engineering:C,2016,67(1):599-610.
[4] TESFAYE Melakuu,PATWA Rahul,KOMMADATH Remya,et al.Silk nanocrystals stabilized melt extruded poly(lactic acid) nanocomposite films:effect of recycling on thermal degradation kinetics and optimization studies[J].Thermochimica Acta,2016,643:41-52.
[5] 张颖鑫,余绍火,邵双喜.皮胶原纤维/聚合物复合材料研究进展[J].皮革科学与工程,2013,23(3):36-39.
ZHANG Yingxin,YU Shaohuo,SHAO Shuangxi.Advances on the composites based on collagen fiber and polymers[J].Leather Science and Engineering,2013,23(3):36-39.
[6] NISHINO T,MATSUI R,NAKAMAE K.Elastic modulus of the crystalline regions of chitin and chitosan[J].Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics,1999(37):1191-1196.
[7] STAWSKI D,RABIEJ S,HERCZYŃSKA L,et al. Thermogravimetric analysis of chitins of different origin[J].Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2008(93): 489-494.
[8] HERRERA N,ROCH H,SALABERRIA A M,et al.Functionalized blown films of plasticized polylactic acid/chitin nanocomposite:preparation and characterization[J].Materials and Design,2016,92:846-852.
[9] 廖耀祖,辛梅华,李明春.,–双十二烷基壳聚糖/聚(L–乳酸)复合膜的氢键及相容性研究[J].化工进展,2007,26(5):725-730.
LIAO Yaozu,XIN Meihua,LI Mingchun.Hydrogen-bonding interactions and miscibility in,-dilauryl chitosan/poly(L-lactide) blend membranes by solution approach[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2007,26(5):725-730.
[10] 李晶晶,赵泾峰,孙景荣,等.甲壳素纳米纤维/聚乳酸复合材料的制备及性能[J].高分子材料科学与工程,2017,33(3):162-167.
LI Jingjing,ZHAO Jingfeng,SUN Jingrong,et al.Preparation and properties of chitin nanofibers/polylactic acid composite[J]. Polymer Materials Science and Engineering,2017,33(3):162-167.
[11] 于建香,杨武芳,王小瑜,等.羟丙基壳聚糖接枝聚乳酸的合成与表征[J]. 高分子材料科学与工程,2013,29(8):1-4.
` YU Jianxiang,YANG Wufang,WANG Xiaoyu,et al.Preparation and characterization of lactide graft hydroxypropyl- chitosan[J]. Polymer Materials Science and Engineering,2013,29(8):1-4.
[12] ZHOU Yonghui,FAN Mizi,CHEN Lihui.Interface and bonding mechanisms of plant fibre composites:an overview[J].Composites Part B,2016,101:31-45.
[13] YUSSUF A A,MASSOUMI I,HASSAN A.Comparison of polylactic acid/kenaf and polylactic acid/rise husk composites:the influence of the natural fibers on the mechanical,thermal and biodegradability properties[J].Journal of Polymers and the Environment,2010,18(3):422-429.
[14] LEE S H,WANG S.Biodegradable polymers bamboo fiber biocomposite with biobased coupling agent[J].Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2006,37(1):80-91.
[15] SAWPAN M A,PICKERING K L,FERNYHOUGH A.Hemp fibre reinforced poly(lactic acid)composites[J].Advanced Materials Research,2007,30:337-340.
[16] CHO D,SEO J M,LEE H S,et al.Property improvement of natural-fiber reinforced green composites by water treatment[J].Advanced Composite Materials,2007,16(4):299-314.
[17] PLACKETT D.Maleated polylactide as an interfacial compatibilizier in biocomposites[J].Journal of Polymers and the Environment,2004,12(3):131-138.
[18] JOFFRE Thomas,SEGERHOLM Kristoffer,PERSSON Cecilia,et al.Characterization of interfacial stress transfer ability in acetylation-treated wood fibre composites using X-ray microtomography [J]. Industrial Crops and Products,2017,95:43-49.
[19] WAY C,DEAN K,WU D,et al.Polylactic acid composites utilising sequential surface treatments of lignocellulose:chemistry,morphology and properties[J]. Journal of Polymers and the Environment,2011,19(4):849-862.
[20] JAWAID M. Biofiber reinforcements in composite materials [M].New York:Elsevier,2015:488-524.
[21] YUSOFF R B,TAKAGI H,ANTONIO N N.Tensile and flexural properties of polylactic acid-based hybrid green composites reinforced by kenaf,bamboo and coir fibers[J].Industrial Crops and Products,2016,94:562-573.
[22] YANG Tengchun,WU Tunglin,HUNG Kechang.Mechanical properties and extended creep behavior of bamboo fiber reinforced recycled poly(lactic acid) composites using the time-temperature superposition principle[J].Construction and Building Materials,2015,93:558-563.
[23] SUJARITJUN Wassamon,UAWONGSUWAN Putinun,PIVSA- ART Weraporn,et al. Mechanical property of surface modified natural fiber reinforced PLA biocomposites[J].Energy Procedia, 2013,34(40):664-672.
[24] DUIGOU Antoine Le,BOURMAUD Alain,BALNOIS Eric,et al.Improving the interfacial properties between flax fibres and PLLA by a water fibre treatment and drying cycle[J].Industrial Crops and Products,2012,39:31-39.
[25] GIL-CASTELL O,BADIA J D,KITTIKORN T,et al.Impact of hydrothermal ageing on the thermal stability,morphologyand viscoelastic performance of PLA/sisal biocomposites[J].Polymer Degradation and Stability,2016,132:87-96.
[26] ORUE A,JAUREGI A,LABIDI J,et al.The effect of surface modifications on sisal fiber properties and sisal/poly(lactic acid) interface adhesion[J].Composites:Part B,2015,73:132-138.
[27] 刘琨.木薯淀粉渣的干燥特性探讨[J].广西大学学报(自然科学版),2001,26(3):165-167.
LIU Kun.Research in drying characteristic of cassava starch dregs[J].Journal of Guangxi University(Natural Science Edition),2001,26(3):165-167.
[28] LIAO H T,WU C S.New biodegradable blends prepared from polylactide,titanium tetraisopropylate,and starch[J].Journal of Applied Polymer Science,2008,108:2280-2289.
[29] LI G,SARAZIN P,ORTS W J,et al.Biodegradation of thermo-plastic starch and its blends with poly(lactic acid) and polyethylene:influence of morphology[J]. Macromolecular Chemistry and Physics,2011,212(11):1147-1154.
[30] TEIXEIRA Eliangela De M,CURVELO Antônio A S,CORRÊA Ana C,et al.Properties of thermoplastic starch from cassava bagasse and cassava starch and their blends with poly(lactic acid)[J].Industrial Crops and Products,2012,37(1):61-68.
[31] 陶金.稻秸秆纤维与麻纤维混合非织造布性能的研究[J].安徽农学通报,2012,18(13):186-190.
TAO Jin.The research of performance of rice straw stalk and hemp’ s synthetic fabric supatex fabric[J].Anhui Agricultural Science Bulletin,2012,18(13):186-190.
[32] YAACAB Noorulnajwa Diyana,ISMAIL Hanafi,TING Sam Sung.Potential use of paddy straw as filler in poly lactic acid/paddy straw powder biocomposite:thermal and thermal properties[J]. Procedia Chemistry,2016,19:757-762.
[33] ZHAO Yang,QIU Jianhui,FENG Huixia,et al.Improvement of tensile and thermal properties of poly(lactic acid)composites with admicellar-treated rice straw fiber[J].Chemical Engineering Journal,2011,173:659-666.
[34] JAMSHIDIAN M,TEHRANY E A,CLEYMAND F,et al.Effect of synthetic phenolic antioxdants on physical,structural,mechanical and barrier properties of poly(lactic acid) film[J]. Carbohydrate Polymers,2011,87(2):1763-1773.
[35] OZA Shubhashini,NING Haibin,FERGUSON Ian,et al.Effect of surface treatment on thermal stability of the hemp-PLA composites:correlation of activation energy with thermal degradation[J]. Composites Part B:Engineering,2014,67:227-232.
[36] WANG Y,TONG B,HOU S,et al.Transcrystallization behavior at the poly(latic acid)/sisal bre biocomposite interface[J]. Composites:Part A,2011,42:66-74.
[37] YU Dong,GHATAURA Arvinder,TAKAGI Hitoshi,et al.Polylactic acid(PLA)biocomposites reinforced with coir fibres:evaluation of mechanical performance and multifunctional properties[J]. Composites:Part A,2014,63(18):76-84.
[38] HIDAYAT Asep,TACHIBANA Sanro.Characterization of polylactic acid (PLA)/kenaf composite degradation by immobilized mycelia of pleurotus ostreatus[J]. International Biodeterioration & Biodegradation,2012,71:50-54.
[39] KHAN B A,CHEVALI V S,NA H,et al.Processing and properties of antibacterial silver nanoparticle-loaded hemp hurd/poly(lactic acid)biocomposites[J].Composites:Part B,2016,100:10-18.
[40] LI G,SARAZIN P,ORTS W J,et al.Biodegradation of thermoplastic starch and its blend with poly(lactic acid) and polyethylene:influence of morphology[J].Macromelecular Chemistry and Physics,2011,212(11):1147-1154.
[41] LUZI F,FORTUNATI E,PUGLIA D,et al.Study of disintegrability in compost and enzymatic degradation of PLA and PLA nanocomposites reinforced with cellulose nanocrystals extracted from Posidonia Oceanica[J]. Polymer Degradation and Stability,2015,121:105-115.
Progress of natural fiber reinforced polylactic acid biodegradable composites
XU Chong,ZHANG Xiaolin,CONG Longkang,DENG Xiangsheng,JIN Xiao,NIE Sunjian
(Faculty of Printing,Packing Engineering and Digital Media Technology,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048,Shaanxi,China)
Polylactic acid is very attractive in the field of biodegradable materials.However,due to the limitation of the molecular chain structure of PLA,its flexibility is poor and the material is brittle which make the PLA polymer unsuitable for many applications.The mechanical and thermal stability can be improved by reinforcing it with natural fibers. This paper reviewed the research status and new progress of natural fiber reinforced polylactic acid biodegradable composites in domestic and overseas,and discussed the properties,technical methods and potential applications of polylactic acid composites modified by animal fiber and plant fiber.In addition,this paper reviewed research progress of the degradation of PLA/plant fiber composites.The development prospects of PLA/natural fiber composite such as reducing the cost of PLA composite materials,improving the mechanical properties and the biodegradable properties, was also predicted.
polylactic acid;composite materials;natural fiber;mechanical properties;biodegradable
TQ327
A
1000–6613(2017)10–3751–06
10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0123
2017-01-19;
2017-04-28。
陕西省自然科学基金(2015JM3080)及西安理工大学特色科技计划(2014TS008)项目。
徐冲(1993—),男,硕士研究生,研究方向为聚乳酸基复合材料及其应用。E-mail:838619566@qq.com。
张效林,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为天然纤维复合材料。E-mail:zxlbmm@sina.com。