陳 一，羅禮發(fā)3，劉文勇，曾廣勝

（1.包裝新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（湖南工業(yè)大學(xué)），湖南株洲412007；2.湖南工業(yè)大學(xué)包裝與材料工程學(xué)院，湖南株洲412007；3.正業(yè)（中山）包裝有限公司，廣東中山442000）

植物纖維增強(qiáng)PLA-EAA復(fù)合材料的制備與性能

陳 一1，2，羅禮發(fā)3，劉文勇1，2，曾廣勝1，2

（1.包裝新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（湖南工業(yè)大學(xué)），湖南株洲412007；2.湖南工業(yè)大學(xué)包裝與材料工程學(xué)院，湖南株洲412007；3.正業(yè)（中山）包裝有限公司，廣東中山442000）

開發(fā)新型環(huán)保材料以替代塑料已成為解決當(dāng)前環(huán)境問題的主要途徑，聚乳酸（PLA）雖然擁有良好的強(qiáng)度，而其較差的韌性極大地限制了其應(yīng)用.針對(duì)此缺陷，本文以乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）為增韌組分，蒸汽閃爆處理后的稻草纖維（SF）為增強(qiáng)組分加入PLA中，通過熔融擠出制備得到了不同原料配比的PLA/EAA/SF復(fù)合物，并通過對(duì)復(fù)合材料形態(tài)、熱性能及力學(xué)性能的表征分析了EAA和植物纖維的加入及用量對(duì)復(fù)合材料性能的影響.研究結(jié)果表明：EAA用量的增加有效提高了復(fù)合物的韌性，但其強(qiáng)度低且抑制了聚乳酸的結(jié)晶進(jìn)而使得復(fù)合物強(qiáng)度大幅降低；植物纖維的加入既體現(xiàn)明顯的增強(qiáng)效果，又起到了連接兩相作用，有利于EAA在PLA中的均勻分散，尤其是在高EAA含量的體系中，植物纖維加入還具有增韌效果；同時(shí)，EAA的加入還有利于改善復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性.當(dāng)PLA/EAA/SF質(zhì)量比為60/40/10時(shí)，復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率較純PLA提高約15％和65％，且具有良好的力學(xué)性能及加工性.

聚乳酸；乙烯-丙烯酸共聚物；稻草纖維；力學(xué)性能；熱性能；流變性

隨著人們對(duì)環(huán)境污染的重視及對(duì)石油資源枯竭的擔(dān)憂，開發(fā)可降解材料以替代塑料被高度重視.在眾多可降解材料中，聚乳酸（PLA）是完全可生物降解高分子材料中最具發(fā)展前景的材料之一.聚乳酸具有諸多優(yōu)異的特性，如類似于聚苯乙烯的力學(xué)性能，優(yōu)異的強(qiáng)度和硬度，良好的生物相容性，可降解性等［1-3］.基于這些優(yōu)點(diǎn)，聚乳酸及其復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、建筑業(yè)、包裝等領(lǐng)域.但同時(shí)，純PLA結(jié)晶速度慢、質(zhì)脆、韌性和耐熱性差、成本高，限制了其作為代塑材料，尤其是工程塑料的應(yīng)用.因此，聚乳酸的增韌改性為本領(lǐng)域的研究重點(diǎn).聚乳酸增韌改性可分為化學(xué)改性與物理改性，化學(xué)改性即為通過在聚乳酸合成階段加入不同鏈段單體，制備得到共聚物，減小聚合物結(jié)晶，提高分子鏈柔性以實(shí)現(xiàn)增韌的目的.物理改性更為簡單、加工方便，主要為采用不同物質(zhì)與聚乳酸共混以改善其韌性.目前，國內(nèi)外學(xué)者已采用多種不同的聚合物與聚乳酸共混，如聚己內(nèi)（PCL）、聚乙烯（PE）、各種彈性體、有機(jī)、無機(jī)納米物質(zhì)等［4-9］，改性效果因共混聚合物結(jié)構(gòu)和用量不同存在差異.如在PLA中加入PCL和彈性體如EVA、TPU20-40份可提高PLA沖擊強(qiáng)度15％～30％；具有一定極性的添加物如PCL更有利于與PLA的結(jié)合及增韌改性；加入納米蒙脫土、POSS等納米添加物在提高PLA強(qiáng)度的同時(shí)對(duì)其韌性也有一定程度的改善.綜合分析認(rèn)為，加入增韌物質(zhì)與PLA共混雖可一定程度改善復(fù)合材料的韌性，但由于存在兩相間相容性問題，復(fù)合物強(qiáng)度往往降低，此現(xiàn)象在增韌物用量較大時(shí)尤為明顯［10-12］.如何解決相容性問題、綜合提高韌性和強(qiáng)度，則成為此類研究必須考慮的問題.纖維材料作為一種具有高強(qiáng)度、模量材料已被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌中，如碳纖維、玻璃纖維等均具有非常優(yōu)異的增強(qiáng)效果［13-14］.基于環(huán)保的考慮，近年來，可降解的植物纖維也被深入研究及應(yīng)用，但由于植物纖維為天然產(chǎn)物，純度較低且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需進(jìn)行特殊處理才可實(shí)現(xiàn)較好的改性效果［15-16］.

結(jié)合分子結(jié)構(gòu)對(duì)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文采用與PLA具有較好相容性的彈性體乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）對(duì)PLA進(jìn)行共混增韌，同時(shí)加入蒸汽閃爆處理后的植物纖維以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)并提高兩種物質(zhì)的粘結(jié)性，以達(dá)到在保證增韌的同時(shí)不降低其強(qiáng)度的目的.該復(fù)合材料采用熔融制備，并對(duì)其及進(jìn)行了表征.

1 實(shí) 驗(yàn)

2.1主要原料

PLA：2002D型，注塑級(jí)，比重為1.24 g/cm3，熔體流動(dòng)速率15 g/10 min，測(cè)試條件為230℃/5 kg，美國Nature Works公司；稻草纖維：本地農(nóng)產(chǎn)品；EAA：2002型，比重為0.93 g/cm3，熔體流動(dòng)速率為10 g/10 min，測(cè)試條件190℃/ 2.16 kg，美國杜邦公司.

2.2主要儀器設(shè)備

掃描電子顯微鏡，S-3000N型，美國Hitachi有限公司；高速混合機(jī)，SJ-GH型，青島浩賽特塑料機(jī)械有限公司；雙螺桿擠出機(jī)，CTE-35，寧波海天集團(tuán)股份公司；注塑機(jī)，HTF90WE型，寧波海天集團(tuán)股份公司；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，江都昌隆儀器有限公司；萬能力學(xué)測(cè)試儀，深圳三思公司；差示量熱掃描儀，Q20型，美國TA公司；熱失重分析儀，Q50型，美國TA公司；毛細(xì)管流變儀，RH7-D型，英國Malvern公司.

2.3植物纖維的處理

稻草纖維經(jīng)過機(jī)械破碎后，采用蒸汽爆破法處理：將機(jī)械破碎后的稻草纖維投入到高壓蒸汽缸內(nèi)，缸內(nèi)充入175℃過熱蒸汽，壓力控制在0.7～0.8 MPa，保持蒸汽60 min，后突釋蒸汽產(chǎn)生微蒸汽流以實(shí)現(xiàn)閃爆并釋放壓力.此方式重復(fù)4次以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞壁充分的破裂，纖維中的木質(zhì)素、半纖維素被水解破壞.

2.4復(fù)合材料的制備

分別取一定質(zhì)量的PLA、EAA、SF，在80℃烘箱中烘干6 h，干燥后的原料于高速共混機(jī)中60℃下共混10 min，后投入熔融擠出機(jī)中擠出，其中擠出溫度設(shè)為160～180℃，一段至五段的溫度設(shè)定為160、170、175、180、175℃，螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min.擠出后切粒恒溫干燥后用注塑機(jī)注射成型標(biāo)準(zhǔn)樣條，注塑成型工藝條件：一段（噴嘴端）至四段溫度依次為180、175、170、165℃，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，注射壓力70 MPa，模具溫度設(shè)為50℃，冷卻時(shí)間10 s，保壓時(shí)間12 s.

2.5測(cè)試與表征

2.5.1熱行為分析

采用美國TA公司Q20型差示掃描量熱測(cè)試儀測(cè)試.掃描均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，采用兩次掃描，掃描區(qū)間均為20～200℃，第1次達(dá)到200℃后停留3 min以消除熱效應(yīng)，后降至室溫后再升溫至200℃.升溫和降溫速率均為10℃/min.

2.5.2熱失重分析

采用美國PE儀器公司Q50型熱失重測(cè)試儀.氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫速率為10℃/min，測(cè)試溫度為30～700℃.

2.5.3形態(tài)分析

采用美國Hitachi公司S-3000N型掃描電鏡觀察噴金后的植物纖維及復(fù)合物樣條的表面和斷面.

2.5.4力學(xué)性能測(cè)試

在恒溫恒濕條件下，將啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)樣條（長170 mm×寬10 mm×厚4 mm）和矩形標(biāo)準(zhǔn)樣條（80 mm×10 mm×4 mm）置于三思公司萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸和彎曲實(shí)驗(yàn)，測(cè)定拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量.拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1040—92，拉伸速度2 mm/min，取6個(gè)試樣平均值.彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9341—2000，兩支座間距離是70 mm，速度為2 mm/min，取6個(gè)試樣測(cè)試后取平均值.

2.5.5流變性能測(cè)試

采用英國Malvern公司的RH7-D型毛細(xì)管流變儀進(jìn)行測(cè)試，其中口模L/D=16.

3 結(jié)果與討論

3.1植物纖維及復(fù)合材料的形態(tài)

稻草纖維處理前后的形態(tài)見圖1，可以看到，經(jīng)過蒸汽閃爆處理后，纖維表面的粗糙物質(zhì)被去除，輪廓清晰且表面光滑.由電鏡圖片測(cè)定，破碎及閃爆處理后植物纖維的平均長度為4.36 mm，平均直徑為10 μm，具有較大的長徑比，有利于增強(qiáng)效果的實(shí)現(xiàn).

圖1　處理前后稻草纖維的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM photographs of the untreated and treated SF：（a）untreated SF；（b）treated SF

由圖2纖維改性前后的紅外光譜可見，蒸汽閃爆后，纖維紅外吸收曲線中苯環(huán)的特征峰即位于900～1 000 cm-1的C—H彎曲振動(dòng)及其位于1 600 cm-1的CC==伸縮振動(dòng)吸收峰大幅減弱或消失，木質(zhì)素通常為苯酚類物質(zhì)，峰強(qiáng)度的變化代表了閃爆有利于木質(zhì)素的有效降低.通過化學(xué)測(cè)定法得到木質(zhì)素的含量由10％降低至約7％，也證實(shí)了這一點(diǎn).同時(shí)，通過處理前后纖維的X衍射譜（圖3）可見，SF在閃爆后，特征衍射峰強(qiáng)度明顯降低，表明蒸汽閃爆過程中，高溫高壓環(huán)境使SF的結(jié)晶區(qū)遭受破壞，造成其結(jié)晶度下降，且閃爆還一定程度致使纖維素降解，也不利于其結(jié)晶.

圖2　處理前后稻草纖維的紅外譜圖Fig.2 FTIR spectrum of the untreated and treated SF

圖3　處理前后稻草纖維的X衍射譜Fig.3 X-ray profile of the untreated and treated SF

3.2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析

復(fù)合材料制備中，尤其是復(fù)合材料中存在增強(qiáng)物時(shí)，各組分的相容性及增強(qiáng)物在其中的良好分散是實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料性能的關(guān)鍵.圖4為復(fù)合材料剖面的掃描電鏡照片，可以看到，當(dāng)體系中未加入EAA時(shí)，SF在聚乳酸中聚集明顯，且分散不均勻.在體系中加入EAA后，復(fù)合材料表面中裸露的纖維明顯減少，雖然仍有未被包裹纖維和纖維聚集的存在，但相對(duì)未加入EAA時(shí)有明顯的改善.這可能是由于聚乳酸加工溫度較高，流變性較差，故導(dǎo)致纖維在純PLA中分散不均.而隨著加入EAA用量的增加，EAA本身熔融溫度較低，流變性較好，很大程度改善了復(fù)合材料的加工性，且EAA具有高粘結(jié)性，可有效包裹纖維，提高其在基體中的分散性.從圖4（c）和（d）可見，纖維暴露出基體的情況逐漸減少.

圖5為純PLA，SF和復(fù)合材料的X衍射譜，由圖5（a）可見，在未加入SF時(shí)，PLA/EAA復(fù)合材料的衍射曲線和純PLA類似，隨EAA用量的增加，PLA的特征峰（17.5°附近的寬峰及36°附近的銳鋒）均明顯減弱，說明PLA結(jié)晶程度降低，也說明無定形態(tài)的EAA加入對(duì)PLA的結(jié)晶起到抑制，但并未改變其晶型.而由圖5（b）可見，在加入SF后，隨其用量的增加，SF的強(qiáng)特征峰在復(fù)合物中逐漸明顯，說明纖維素在共混過程中其結(jié)晶態(tài)并沒有發(fā)生明顯改變，而聚乳酸的特征峰仍然以較弱的形式出現(xiàn)，說明了較低的PLA結(jié)晶狀態(tài).

圖4　復(fù)合材料表面形態(tài)掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM photographs of the composites：（a）PLA∶SF= 100∶10；（b）PLA∶EAA∶SF=100∶10∶10；（c）PLA∶EAA∶SF=100∶20∶10；（d）PLA∶EAA∶SF=100∶40∶10.

圖5　PLA，SF及復(fù)合材料的X衍射譜Fig.5 X-ray profile of the PLA，SF and composites

3.3復(fù)合材料的熱行為分析

在此聚合物復(fù)合體系中，PLA為半結(jié)晶型聚合物，而EAA由于丙烯酸中羧基基團(tuán)的存在以及氫鍵的作用，主鏈的線性被破壞，聚合物的結(jié)晶化被抑制，故易為無定形物，兩者共混后，聚乳酸的結(jié)晶性將受EAA的影響.圖6為不同復(fù)合物的DSC曲線，可以看到，在純PLA的DSC曲線中，在100℃附近出現(xiàn)了冷結(jié)晶峰，在150℃附近出現(xiàn)了熔融峰.而在加入EAA后，復(fù)合物的熱行為發(fā)生明顯變化，由曲線a、b、c、d可見，復(fù)合物的冷結(jié)晶峰明顯減弱，且移向高溫區(qū)域，而熔融焓變明顯降低.試樣的熱力學(xué)數(shù)據(jù)見表1，其中，結(jié)晶度Xc按式（1）計(jì)算.由表1可見，復(fù)合物隨EAA的增加結(jié)晶度明顯降低.

式中：ΔHm為復(fù)合材料的熔融焓；ΔHc為復(fù)合材料的冷結(jié)晶焓；93.6 J/g為完全結(jié)晶PLA的熔融焓；w（PLA）為PLA在復(fù)合材料中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

由曲線（c+6％SF，c+10％SF）可見，在加入植物纖維后，冷結(jié)晶峰基本消失，熔融焓基本不變，計(jì)算發(fā)現(xiàn)其結(jié)晶反而有一定程度增加，這可能是由于纖維素在PLA中起了一定的成核劑的效果，有利于聚乳酸大分子在纖維素周圍的定向排列，但纖維量的增加并未使得復(fù)合物內(nèi)聚乳酸的結(jié)晶進(jìn)一步增加.

圖7為PLA，PLA/EAA及PLA/EAA/SF復(fù)合物的熱失重曲線，可以看到，在未加入SF前，PLA/EAA曲線呈現(xiàn)明顯的兩種熱分解速率，分別為PLA和EAA的熱分解，而加入SF后，在初期植物纖維分解后，熱失重速率傾向于均一，這進(jìn)一步說明了植物纖維的加入有利于材料的均化，減少了分相的情況.

圖6　PLA及PLA復(fù)合材料的DSC曲線Fig.6 The DSC curves of pure PLA and composites：（a）PLA/EAA=80∶20；（b）PLA/EAA=70∶30；（c）PLA/EAA=60∶40；（d）PLA/EAA=50∶50

表1　PLA、PLA/EAA和PLA/EAA/SF復(fù)合材料的熱學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Thermal property data of PLA，PLA/EAA and PLA/EAA/SF composites

圖7　PLA及PLA復(fù)合材料的TGA曲線Fig.7 The TGA curves of pure PLA and composites：（a）PLA/EAA=80∶20；（b）PLA/EAA=60∶40

3.4復(fù)合材料的力學(xué)性能分析

復(fù)合材料的拉伸測(cè)試及彎曲性能測(cè)試結(jié)果如圖8所示.

圖8　復(fù)合材料的機(jī)械性能Fig.8 The mechanical properties of composites：（a）Tensile strength；（b）Elongation；（c）Impact strength；（d）Flexural strength

由圖8可見，在PLA/EAA復(fù)合物中，隨EAA含量的增加，復(fù)合物的拉伸、彎曲強(qiáng)度降低，尤其是在EAA超過30％后，其下降幅度較大.而沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長率相應(yīng)上升，材料已經(jīng)具有明顯改善的韌性.這是由于EAA本身的無定形特性及彈性特征，同時(shí)，EAA加入后也直接影響了聚乳酸的結(jié)晶性，從而提高了材料的韌性.

植物纖維的加入對(duì)不同比例的PLA/EAA復(fù)合物均有影響，由圖8可見，隨SF含量的增加，所有力學(xué)性能均有一定程度的提高.當(dāng)僅有SF加入純PLA時(shí)，僅拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度具有較小幅度的增加（低于20％），而隨體系中EAA的增加，植物纖維的效果明顯增加，當(dāng)EAA含量超過30％時(shí)，植物纖維含量為10％時(shí)，拉伸、彎曲強(qiáng)度及斷裂伸長率均提高30％以上，沖擊強(qiáng)度提高15％以上.這是由于在EAA含量較少的復(fù)合物中纖維主要在聚乳酸基體中滲透、分布，并部分連接EAA，但主要起作用的仍為PLA，故復(fù)合物主要顯示PLA的特性，植物纖維僅起有限的增強(qiáng)效果.而當(dāng)EAA較多時(shí)，植物纖維有效地連接聚乳酸及EAA兩相，既可分散應(yīng)力起到增強(qiáng)的效果，使得EAA的彈性特性更好的發(fā)揮，尤其是在拉伸中，即使PLA相斷裂，EAA相仍起到連接作用，故其加入也提高了材料的韌性.圖9為不同材料沖擊斷面的SEM形貌，可以看到見，純PLA呈明顯脆性斷裂特征，加入EAA后，斷面更加復(fù)雜，有明顯韌性斷裂的痕跡，而加入纖維后，斷面形態(tài)發(fā)生明顯改變，纖維存在并被拉出的形態(tài)明顯，斷面呈現(xiàn)非常復(fù)雜的形態(tài)，顯示出明顯的韌性斷裂特征，這和PLA的斷裂方式是完全不同的，也顯示了均勻分散于復(fù)合材料中的纖維提高了PLA和EAA兩相之間的相容性.

圖9　PLA和PLA復(fù)合材料沖擊斷面的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.9 SEM photographs of PLA and PLA composites：（a）pure PLA；（b）PLA/EAA=70∶30；（c）PLA/EAA/SF=70∶30∶10

3.5復(fù)合材料的加工流變性分析

聚乳酸在加工上具有熔體強(qiáng)度差的問題，而不同物質(zhì)的加入將改變其加工特性.圖10為加入EAA及植物纖維對(duì)復(fù)合材料流變性的影響.如圖10（a）所示，純PLA在剪切掃描下隨剪切速率的增加其黏度逐漸降低，尤其在高剪切速率下，黏度下降趨勢(shì)更快.充分說明了在溫度和剪切的作用下，聚乳酸發(fā)生一定的降解，導(dǎo)致熔體強(qiáng)度下降，而過低的熔體強(qiáng)度易造成熔體破裂，從而影響制品的質(zhì)量.

圖10　PLA和PLA復(fù)合材料的流變性Fig.10 Reological properties of PLA and PLA composites：（a）Shear rates-shear viscosity curves；（b）shear rates-shear stress curves

加入EAA后，在低剪切速率下，復(fù)合物的黏度降低，這是由于EAA本身的流動(dòng)性較好；而在高剪切速率下，其黏度反而呈上升的趨勢(shì).一方面，EAA的加入纏繞了聚乳酸鏈段，起到了部分支鏈的作用；另一方面，EAA和聚乳酸同樣具有羧基，在高溫和局部無氧的條件下可能產(chǎn)生了反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生了支鏈并提高了分子量，而這有助于在高剪切速率下保持一定的熔體強(qiáng)度.隨EAA的用量增加，這種趨勢(shì)增大，但過高的EAA含量將導(dǎo)致熔體黏度進(jìn)一步降低，這也是由其本身的高熔體流動(dòng)速率成為主要影響因素造成的.而同時(shí)還由圖10（a）可見，植物纖維的加入對(duì)材料黏度影響不大，隨纖維的增加，其黏度小幅增加，這是由于纖維在其中起到連接作用造成的.而從圖10（b）的剪切-應(yīng)力曲線可見與黏度相反的曲線，是復(fù)合熔體特征的.

進(jìn)一步通過復(fù)合物的剪切-應(yīng)力曲線的擬合得到了不同復(fù)合物的非牛頓指數(shù)，如表2所示，隨EAA用量的增加，非牛頓指數(shù)n降低，說明其假塑性增加，而當(dāng)EAA超過30份后，其n數(shù)值升高，而植物纖維的加入導(dǎo)致n值略微降低.這些現(xiàn)象均符合以上對(duì)流動(dòng)性的分析.

表2　PLA、PLA/EAA和PLA/EAA/SF復(fù)合材料熔體的非牛頓指數(shù)Table 2 The non-Newtonian index of PLA，PLA/EAA and PLA/EAA/SF composites

4 結(jié) 論

本文熔融共混PLA及EAA以制備具有較好強(qiáng)度與韌性的復(fù)合材料，同時(shí)加入SF以提高兩相結(jié)合并進(jìn)一步提高其力學(xué)性能.由形態(tài)、熱性能及力學(xué)性能分析得到如下結(jié)論.

1）PLA/EAA/SF復(fù)合材料中，EAA的增加大幅提高了復(fù)合物的韌性，但由于其自身強(qiáng)度較低，且其無定形特性抑制了PLA的結(jié)晶，導(dǎo)致復(fù)合物的強(qiáng)度大幅降低.

2）PLA/EAA/SF復(fù)合材料中，SF的加入起到了顯著的增強(qiáng)作用，隨復(fù)合物內(nèi)SF的增加，EAA 在PLA中的分散性更佳，導(dǎo)致復(fù)合物的韌性也有所提高，尤其在EAA用量高的體系中，SF的加入使得體系更均一，增強(qiáng)增韌效果明顯.

3）PLA/EAA/SF復(fù)合材料中PLA、EAA、SF三者比例為60∶40∶10時(shí)復(fù)合物具有最佳綜合力學(xué)性能.

4）PLA/EAA/SF復(fù)合材料中EAA的加入可有效改善復(fù)合材料在低剪切速率下的熔體流動(dòng)性，且一定程度提高材料高剪切速率下的熔體黏度，有利于加工.

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（編輯 呂雪梅）

The preparation and characteristic of PLA-EAA composites enhanced by plant fibre

CHEN Yi1，2，LUO Lifa3，LIU Wenyong1，2，ZENG Guangsheng1，2
（1.Key Laboratory of Advanced Materials and Technology for Packaging（Hunan University of Technology），Zhuzhou 412007，China；2.Institute of Packing and Materials Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou 412007，China；3.ZhengYe Packaging Limited Company of Zhongshan，Zhongshan 442000，China）

Developing new environment-friendly materials to replace plastic has become a main way to solve the environmental problem.Though polylactic acid（PLA）owns high strength，poor ductility remarkably limits its application.Aiming at this drawback，ethylene-acrylic acid copolymer（EAA）and straw fibers（SF）treated by steam explosion were added into polylactic acid（PLA）as toughening components to prepare PLA/EAA/SF composites with various ratios of raw materials by melt blending.The morphology，thermal and mechanical properties of the composites were analyzed to figure out the effect of EAA and SF on the properties of composites.The results show that the increase of EAA can significantly improve the toughness of composites，while the strength of composites decreases greatly due to the intrinsic characteristic of EAA and the inhibition of crystallization.Moreover，the addition of SF makes a considerable enhancement effect to the composites.The dispersion of EAA in PLA is improved by the connection of SF and thereby resulting in a toughening effect at high content of EAA.Meanwhile，the addition of EAA is conducive to improve the melt fluidity of composites.When the content of PLA/EAA/SF is 60/40/10，the impact strength and elongation of composites increases 15％and 65％respectively than those of pure PLA，the composites exhibit good mechanical properties and processability.

polylactic acid；ethylene-acrylic acid copolymer；straw fibers；mechanical property；thermal property；rheological property

TB39

A

1005-0299（2016）04-0059-08

10.11951/j.issn.1005-0299.20160409

2016-01-17.

國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2014BAD02B06）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013B090600120）.

陳 一（1982—），男，博士，副教授.

陳 一，E-mail：yiyue514@aliyun.com.