文 献 综 述

目前，全世界塑料年产量已经超过2亿t，相应的，塑料废弃物也逐年增加，严重污染环境，减少废塑料污染的方法之一是使用在自然界无论生物体内外都可以自然降解，不会造成环境污染的生物降解材料。聚乳酸（PLA）就是一种可生物降解材料。不同于一般石化产品，生产PLA的原料主要为玉米等天然原料，这样不仅降低了对石油资源的依赖，也间接降低了原油炼油等过程中氮氧化物及硫氧化物等污染气体的排放。。另外，PLA及其各项终端产品，可在堆肥条件下自然分解成为二氧化碳及水，降低了二氧化碳排放量及固体废弃物量，所以对环境的污染很小[1]。PLA无毒，与人体相容性好，在体内可完全降解，被认为是最有前途的医用高分子材料，近年来由于生态环境保护的需要，又开始将其作为通用塑料替代产品，但由于聚乳酸材料本身的缺陷，如性能脆、抗冲击性差以及热不稳定，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形；另外聚乳酸的化学结构缺乏反应性官能团，也不具有亲水性，降解速度需要控制等。使人们迫切需要对其进行改性以满足以上不同的使用要求。目前主要是通过对聚乳酸进行共混和复合、增塑、共聚等改性方法来改进聚乳酸的力学性能，改善其亲水性，并使其降解性能不受影响。从而能更好地满足生物医用以及环保应用的要求[2]。

另外随着石油资源的日益紧缺，石油基塑料的开发和应用受到挑战。自然界中存在着大量的植物纤维，它们不仅吸收空气中的二氧化碳，而且具有较高的力学强度，可以作为聚合物的增强材料使用。近年来，植物纤维填充聚合物复合材料，因其独特的环境友好性能、优良的机械加工性能和突出的经济优势已成为高分子复合材料的研究热点之一，越来越受到人们的关注[3~6]。目前，植物纤维填充聚合物复合材料大多以石油基非降解塑料为基体，这种材料虽然在一定程度上减少了树脂的使用，但复合材料的降解性能差。PLA是一种植物基可生物降解树脂，本课题就以天然蔗渣纤维填充改性PLA，致力于研究这种复合材料的性能。

PLA的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，光华伟业开发的PLA还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。聚乳酸的优点主要有以下几方面：

(1)聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成[7]。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸[8]。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。关爱地球，你我有责。世界二氧化碳排放量据新闻报道在2030年全球温度将升至60℃，普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应。

(2)聚乳酸有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进耐口工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等等，市场前景十分看好。

(3) PLA具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以应各不同业界的需求，制成各式各样的应用产品[9]。

蔗渣纤维(BF)是制糖后的副产物，大部分被废弃或焚烧，回收利用率低，造成资源浪费和环境污染[10]。用BF填充改性PLA，不仅实现了BF的回收利用，而且可以降低聚乳酸的成本，可作为木塑复合材料应用，具有极高的经济价值和社会价值。BF/PLA复合材料的研究难点在于界面作用问题。这是因为BF中含有32%~48%的纤维素、19%~24%的半纤维素、23%~32%的木质素以及4%的灰质 [11]，纤维素的环状结构相连使得其刚性较大, 众多羟基使得其亲水性较强, 其中伯羟基的反应性由于位阻小而比其他羟基高, 可与一些试剂如偶联剂进行反应而得到纤维素改性产物。半纤维素的分子链比纤维素短得多且支链较多, 在碱中易水解而溶解性较高, 比纤维素更易氧化或分解。木质素也较易溶于碱液，使其具有强极性和吸水性，与聚合物基体之间的相容性很差；同时较强的纤维素分子内氢键使其在和聚合物基体共混时易聚集成团，造成分散性不佳，导致复合材料力学性能下降 [12]。因此，对BF 表面处理是改善BF/PLA复合材料力学性能的关键[10]。

温变英发现对蔗渣纤维进行不同的表面处理对BF/PLA的复合材料的性能也不同。填充了BF之后，BF/PLA复合材料的拉伸强度和冲击强度相比纯PLA均减小。而较之未处理的BF，经过了表面处理的BF填充的BF/PLA复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的提高。碱处理后再经过偶联剂处理的BF填充BF/PLA复合材料的拉伸强度和冲击强度提高幅度均最大，仅经过碱处理的次之，仅经过偶联剂处理的提高幅度最小。其中经过碱处理后再经偶联剂处理的BF填充BF/PLA复合材料的拉伸强度达到53.19MPa，冲击强度达到12.03KJ/m2，比未处理的BF填充BF/PLA复合材料分别提高了约30%和70%，体现出较好的改性效果。经过表面处理的BF改善了BF与PLA基体之间的界面相容性，使BF/PLA复合材料的拉伸强度和冲击强度均有提高。

胡笑千研究发现甘蔗渣粒径对PLA/甘蔗渣复合材料力学性能的影响较大[13]。随着甘蔗渣粒径的减小，复合材料的冲击强度上升，但拉伸强度几乎没有变化。这是因为甘蔗渣表面含有丰富的羟基，很有可能与PLA主链上的羰基形成氢键。随着粒径的减小，甘蔗渣的比表面积增大，与PLA的相互作用面积增大，在材料断裂时势必要消耗更多的冲击能量。而由于甘蔗渣长度较短，加上界面作用相对较弱，因而其增强效应未体现出来。