可生物降解復合材料增強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能夠有效地融合，制備出性能優(yōu)良的復合材料，行之有效的方法之一是對竹纖維進行表面改性處理。主要包括物理改性和化學改性兩大類。

　　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構性能的前提下，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，增強它們之間的機械互鎖力，得到性能優(yōu)異的復合材料?，F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。拉伸延壓法是通過機械外力對天然竹纖維進行反復的拉伸或延壓，這樣得到的單根竹纖維的力學性能有一定下降，但是卻能夠改善復合材料的力學強度。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度和表面積，在采用蒸汽爆破的方式處理了毛竹等，發(fā)現在高溫高壓蒸汽蒸煮條件下，竹纖維的半纖維素和木素會產生一些酸性物質，促進了半纖維素降解成可溶性糖，而纖維素含量相對提高了37%，增強了復合材料的力學性能。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，減少了應力集中，被認為是一種最有發(fā)展前途的方法。

　　1.2化學改性方法

　　相對于物理改性方法，竹纖維的化學改性方法是指通過化學試劑的處理，使竹纖維發(fā)生化學變化，減少其表面的羥基數量，助于竹纖維與生物降解塑料之間形成更多的物理和化學鍵交聯(lián)，從而提高復合材料的整體性能。竹纖維的化學改性預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增加，長徑比增大，且纖維表面變粗糙，有利于增強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乙酸酐處理后酯化，生成疏水的非極性官能團，從而降低與塑料之間的極性差，提高界面粘合性。美國的Lee研究了用馬來酸酐處理的竹纖維增強PBS和PLA生物降解復合材，發(fā)現用5%馬來酸酐處理的竹纖維增強基/PBS復合材料的拉伸強度提高了30%。Das研究了不同濃度(10%，15%，20%)的NaOH堿處理對竹原纖維的力學性能的影響，結果表明經過15%和20%濃度的NaOH處理后的竹纖維表現出最優(yōu)的整體力學性能；隨著堿濃度的提高，處理后的竹纖維的力學性能反而表現出下降的趨勢；XRD分析經過堿處理后的纖維素纖維晶體結構被破壞，且降解支鏈發(fā)生了再結晶和重排。

　　2.可生物降解塑料改性

　　通過對可生物降解塑料改性處理是增強復合材料性能的另一條有效途徑。通常采用一些反應性相容劑如馬來酸酐、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)生接枝反應使得塑料表面富含羧基和酐基，接枝反應一方面有利于塑料與纖維中的醇羥基發(fā)生酯化反應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部，在纖維和塑料之間形成了一種分子結構的橋梁，進一步增強了界面之間的結合。Plackett將PLA進行馬來酸酐酯化改性，制備了木纖維/改性PLA可生物降解復合材料，研究結果表明，馬來酸酐酯化PLA對于復合材料界面改善具有積極的作用。Maurizio等采用二叔丁基過氧化物做引發(fā)劑將PHBV與馬來酸酐熔融共混，改性PHBV與紅麻纖維共混熱壓得到的復合材料，加入相容劑后改善了PHBV與Kenaf纖維界面結合力，同時大大提高了復合材料的力學性能。