聚乳酸_木粉复合材料的力学及吸水性能研究.pdf

２６７１２０１１年第１０期（４２）卷
聚乳酸／木粉复合材料的力学及吸水性能研究＊

华晋１，２，赵志敏３，余伟２，王田虎３
（１．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京２１００１６；
２．南京林业大学机电学院，江苏南京２１００３７；３．南京航空航天大学理学院，江苏南京２１００１６）

摘要：采用聚乳酸（ＰＬＡ）及偶联剂马来酸酐以通过使用其它材料与其复合来制备复合材料，改变
（ＭＡＰＰ）对木粉进行改性，研究采用熔融共混方法制其性能［２－８］。其中通过ＰＬＡ与木粉的复合可以解决以
备的聚乳酸／木粉复合材料的力学性能、吸水性能、微下问题：（１）提高材料的力学性能。聚乳酸和木粉的
观特性，以及宏观与微观之间的联系。研究结果表明复合可以改善其某方面的性能，应宗荣等研究了影响
力学性能方面，随着木粉含量从１０ｇ增加到２５ｇ，最大木塑复合材料性能的主要因素，并对复合材料形态结
拉力增加了４倍，抗拉强度增加了３倍；偶联剂使用构进行了观察研究［５］。ＥｕｓｔａｔｈｉｏｓＰｅｔｉｎａｋｉｓ等研究了
后，最大拉力和抗拉强度较未使用前最大增加值都超木粉和聚乳酸复合材料的力学性能，并分析了聚乳酸
过了１倍。吸水性能方面，随着木材成分的增加，复合和木粉含量的不同对复合物界面的影响［６］。Ｐｉｌｌａ、Ｓｒｉ－
材料的吸水率同时增加，２和２４ｈ增重最多分别为ｋａｎｔｈ研究了聚乳酸和松木的合成，讨论了拉伸力和
２．８５％和８．１２％；偶联剂的使用降低了复合材料的吸木粉含量之间的关系，并且对断口进行了电镜扫描［７］；
水率，２和２４ｈ增重最多分别为０．７２％和３．５８％。最（２）由于ＰＬＡ产品价格较高，而木粉价格低廉，其合
后使用电子扫描显微镜（ＳＥＭ）观察发现同样木粉含成可以显著降低材料的价格，扩大其使用范围；（３）天
量，添加偶联剂后界面更加光滑，ＰＬＡ与木粉之间的然环保性。ＰＬＡ和木粉都是天然的环保材料，聚乳酸
粘合更紧密。类材料使用后可以通过堆肥、自然降解和燃烧等方法
关键词：木粉；聚乳酸；吸水性；力学性能；微观特性进行处理，最终产物只有水和二氧化碳。
中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ目前关于ＰＬＡ／木粉复合的研究较少，其理论体
文章编号：１００１－９７３１（２０１１）１０－１７６２－０３系尚未建立。在相关复合材料的研究中，大多数研究
都偏重于其宏观性能，而对于微观特性研究较少，宏观
１引言
性能和微观方面的综合分析研究更不多见。本文将研
社会工业化进程的大幅推进已经引起了包括气候究聚乳酸／木粉复合材料中木粉含量的影响，并探讨
问题（全球变暖）在内的若干问题，如何利用合成新材ＭＡＰＰ的加入对于复合材料亲水性、粘合性及界面特
料来减少垃圾填埋、减少石油的使用已经引起了人们性的影响，最后从微观的角度对ＰＬＡ／木粉复合材料
越来越多的兴趣。进行观察分析并验证其有效性。
由于复合材料能够增加材料的力学及化学稳定性
２实验材料与方法
等，使其相对传统材料有着较大的优势。木材作为自
然界中最典型的生物材料，有着极其广泛的应用。塑２．１实验原料
料是使用较多的一种石油附加产品。由于塑料的可塑聚乳酸（ＰＬＡ）：南通九鼎生物工程有限公司，注塑
性及其较好的力学特性，结合木材的天然的环保性能，级（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｇｒａｄｅ）ＲＳ０１；木粉：目数≥３０目，
因此基于木材的塑料复合材料有了相当多的研究。木需做干燥处理；马来酸酐：天津市福晨化学试剂厂，
塑复合材料可以定义为木材通过热塑性塑料如聚乙含量不少于脱模材料为防止热压过
（Ｃ４Ｈ２Ｏ３９９．５％；：
烯（ＰＥ）、聚氯乙烯（ＰＶＣ）、聚丙烯（ＰＰ）或者其它天然程中的粘板现象，使用聚四氟乙烯做脱模材料，聚四氟
纤维）进行增强［１］；尽管如此，塑料的不可降解性依然乙烯薄膜能耐２００℃温度，并且可以重复使用。
制约着其应用。如何通过其它材料的使用来降低塑料２．２复合材料的制备
的使用是非常吸引人的一个问题。在制备复合材料前，先将木粉在空气中９０℃下烘
由于聚乳酸（ＰＬＡ）和塑料某些特性的相似，并且２ｈ，然后升温至１２０℃干燥４ｈ。软质木屑收集于当地
ＰＬＡ来源丰富，可再生，因此可以通过聚乳酸来代替的锯木厂，也是属于废物利用。新鲜的木屑在１００℃
塑料。但是，ＰＬＡ与其它高分子材料一样，耐热性差，左右干燥２４ｈ，至水分含量约为２％～３％之间。通过
而且材料弹性模量随着温度的升高下降明显，所以可筛子进行选择，选择的木粉目数＞３０目，即直径＜

＊基金项目：教育部博士点专项基金（博导类）资助项目（２００９３２１８１１００２４）；国际合作资助项目（ＢＺ２０１００６０）
收到初稿日期：２０１１－０１－１８收到修改稿日期：２０１１－０５－２７通讯作者：赵志敏
作者简介：华晋（１９７６－），男，江苏淮阴人，讲师，在读博士，师