蒙脱土改性木粉/聚乳酸复合材料的制备和性能研究

聚乳酸作为一种可生物降解塑料，将其与木粉进行复合制备木塑复合材料不仅可以降低成本，同时也可以改善其脆性等，但是仍存在木粉与塑料之间界面相容性差及由木粉带来的吸水吸湿性强等问题，因此本研究提出采用粘土（如蒙脱土）对木粉进行改性以提高木粉与聚乳酸的界面相容性以及复合材料的尺寸稳定性和热稳定性等。本研究将蒙脱土、木粉和聚乳酸相结合，首次制备蒙脱土改性木粉,考察其结构和性能并将其与聚乳酸进行复合,得到蒙脱土改性木粉/聚乳酸复合材料。将蒙脱土改性木粉/聚乳酸复合材料与其它3种不同工艺制备的蒙脱土/木粉/聚乳酸复合材料在蒙脱土的分布及其与木粉和聚乳酸的相互作用、物理力学性质、热稳定性和生物降解性等几个方面进行比较研究，最终开发出具备优良的物理力学性质、热稳定性和生物降解性的蒙脱土/木粉/聚乳酸复合材料。

针对木塑复合材料中木粉(WF)易吸湿、强度低的特点，本研究将蒙脱土(MMT)引入木粉/聚乳酸（PLA）复合材料中，考察直接混合法、有机蒙脱土（OMMT）悬浮液浸渍处理法和两步原位合成法对木粉/聚乳酸复合材料的物理、力学及热性能的影响，同时比较了不同改性剂两步原位合成OMMT改性WF/PLA复合材料的性能。进一步将WF进行组分分离，并采用OMMT改性，考察了OMMT与木粉组分的结合机理。研究结果表明，采用不同方法将OMMT引入WF/PLA复合材料均可在不同程度上降低复合材料的吸湿性，提高其尺寸稳定性。但是，过量OMMT反而会降低WF与PLA的界面结合，导致复合材料性能下降。采用OMMT悬浮液浸渍处理法和两步原位合成法时，0.5%OMMT改性WF的效果最优，制备的复合材料的弯曲强度可达75.4MPa，是未改性对照组的1.5倍。比较6种不同类型的改性剂可以发现，阳离子改性剂（如DDAC）更适于制备高性能的WF/PLA复合材料。对组分的研究表明，OMMT的片层能进入WF内部，通过与无定形物质末端羧基或酚羟基的结合作用，在半纤维素内产生插层，在木质素中完全剥离，从而影响木粉的性质，最终得到一种综合性能优良的可生物降解木塑复合材料。