可生物降解復(fù)合材料增強(qiáng)材料和基體材料改性處理

　　1.竹纖維改性

　　為了改善竹纖維和塑料的相容性，使兩種極性不同的物質(zhì)能夠有效地融合，制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料，行之有效的方法之一是對(duì)竹纖維進(jìn)行表面改性處理。主要包括物理改性和化學(xué)改性?xún)纱箢?lèi)。

　　1.1物理改性方法

　　竹纖維的物理改性方法是指在保持竹纖維主要結(jié)構(gòu)性能的前提下，改變纖維表面形態(tài)與組成，從而增加纖維和塑料之間的接觸面積，增強(qiáng)它們之間的機(jī)械互鎖力，得到性能優(yōu)異的復(fù)合材料。現(xiàn)階段主要的物理改性方法包括拉伸延壓法、熱處理法、電暈法、等離子體放電法、蒸汽爆破法等。拉伸延壓法是通過(guò)機(jī)械外力對(duì)天然竹纖維進(jìn)行反復(fù)的拉伸或延壓，這樣得到的單根竹纖維的力學(xué)性能有一定下降，但是卻能夠改善復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度。熱處理和蒸汽爆破都能降解纖維中的半纖維素含量，使得纖維素的含量增加，從而增加了竹纖維的強(qiáng)度和表面積，在采用蒸汽爆破的方式處理了毛竹等，發(fā)現(xiàn)在高溫高壓蒸汽蒸煮條件下，竹纖維的半纖維素和木素會(huì)產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，促進(jìn)了半纖維素降解成可溶性糖，而纖維素含量相對(duì)提高了37%，增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能。電暈和等離子體放電處理可使竹纖維表面氧化活性提高，表面能改變，表面活性醛基增加，且低溫等離子體處理降低了纖維的表面極性，消除了表面的微裂紋，減少了應(yīng)力集中，被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的方法。

　　1.2化學(xué)改性方法

　　相對(duì)于物理改性方法，竹纖維的化學(xué)改性方法是指通過(guò)化學(xué)試劑的處理，使竹纖維發(fā)生化學(xué)變化，減少其表面的羥基數(shù)量，助于竹纖維與生物降解塑料之間形成更多的物理和化學(xué)鍵交聯(lián)，從而提高復(fù)合材料的整體性能。竹纖維的化學(xué)改性預(yù)處理方法主要有堿處理、酸處理、酯化處理、表面接枝處理等。酸、堿處理是一種古老而又實(shí)用的方法，竹纖維中半纖維素和果膠易被堿溶解或者在酸性條件下易水解，處理后的纖維中纖維素含量相對(duì)增加，長(zhǎng)徑比增大，且纖維表面變粗糙，有利于增強(qiáng)與塑料間的界面膠合力。酯化處理的原理是使竹纖維的表面羥基經(jīng)乙酸酐處理后酯化，生成疏水的非極性官能團(tuán)，從而降低與塑料之間的極性差，提高界面粘合性。美國(guó)的Lee研究了用馬來(lái)酸酐處理的竹纖維增強(qiáng)PBS和PLA生物降解復(fù)合材，發(fā)現(xiàn)用5%馬來(lái)酸酐處理的竹纖維增強(qiáng)基/PBS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了30%。Das研究了不同濃度(10%，15%，20%)的NaOH堿處理對(duì)竹原纖維的力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)15%和20%濃度的NaOH處理后的竹纖維表現(xiàn)出最優(yōu)的整體力學(xué)性能；隨著堿濃度的提高，處理后的竹纖維的力學(xué)性能反而表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)；XRD分析經(jīng)過(guò)堿處理后的纖維素纖維晶體結(jié)構(gòu)被破壞，且降解支鏈發(fā)生了再結(jié)晶和重排。

　　2.可生物降解塑料改性

　　通過(guò)對(duì)可生物降解塑料改性處理是增強(qiáng)復(fù)合材料性能的另一條有效途徑。通常采用一些反應(yīng)性相容劑如馬來(lái)酸酐、丙烯酸等處理可生物降解塑料，這些相容劑在塑料表面發(fā)生接枝反應(yīng)使得塑料表面富含羧基和酐基，接枝反應(yīng)一方面有利于塑料與纖維中的醇羥基發(fā)生酯化反應(yīng)或與天然纖維形成氫鍵，另一方面，接枝分子鏈插入到塑料內(nèi)部，在纖維和塑料之間形成了一種分子結(jié)構(gòu)的橋梁，進(jìn)一步增強(qiáng)了界面之間的結(jié)合。Plackett將PLA進(jìn)行馬來(lái)酸酐酯化改性，制備了木纖維/改性PLA可生物降解復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，馬來(lái)酸酐酯化PLA對(duì)于復(fù)合材料界面改善具有積極的作用。Maurizio等采用二叔丁基過(guò)氧化物做引發(fā)劑將PHBV與馬來(lái)酸酐熔融共混，改性PHBV與紅麻纖維共混熱壓得到的復(fù)合材料，加入相容劑后改善了PHBV與Kenaf纖維界面結(jié)合力，同時(shí)大大提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。