植物纤维及其衍生物增强聚乳酸全降解复合材料研究

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1、分类号密级植物纤维及其衍生物增强聚乳酸全降解复合材料研究研究生姓名：姚进指导教师姓名、职称：朱和平教授专业名称：材料科学与工程研究方向：减量包装结构与安全设计湖南工业大学二〇一八年十二月二十日分类号密级植物纤维及其衍生物增强聚乳酸全降解复合材料研究Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ）ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｐｌａｎｔｆｉｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｄｅｒｉｖａｔｉｖ

2、ｅｓ研宄生姓名：姚进指导教师姓名、职称：朱和平教授副指导教师姓名、职称：专业名称：材料科学与工程研究方向：减量包装结构与安全设计论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一八年十二月二十日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识

3、到本声明的法律结果由本人承担。一／日期２■作者签名：：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书艮本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，Ｐ：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。：者签：：名导师签名日期年Ｇ月作４摘要绿色可降解包装材料以其可降解和环境友好等特性，正在逐渐取代以化学合成石油基聚合物为基础的传统包装材料。聚乳酸（PLA），作为一种完

4、全可降解的环境友好材料，应用于包装材料时通常呈现出良好的透明性、生物可降解性和良好的加工性等优点。然而，PLA还存在着结晶速率慢、脆性大、热稳定性差和气体阻隔性弱等缺点，限制了其在包装领域的广泛应用。本论文针对PLA的上述缺点，采用天然植物纤维及其衍生物纳米纤维素作为成核剂和增韧剂引入到PLA基体中，提高其结晶速率和结晶度，改善其力学性能等；分别利用硅烷偶联剂和酸酐对芦苇纤维及纳米纤维素进行表面修饰改善其两相相容性；通过引入高强度和高结晶度的纳米纤维素增强其韧性和阻隔性能；通过负载纳米银颗粒和聚吡咯，赋予PLA膜材料

5、良好的抗菌和保鲜性能。本文的主要研究内容和结果如下：1芦苇纤维/PLA复合材料的制备及其性能。利用硅烷偶联剂对天然芦苇纤维进行表面烷基化处理，FT-IR结果表明：偶联剂与纤维素表面发生了偶联反应，纤维表面经硅烷基化处理后羟基明显减少。将处理后的芦苇纤维加入到PLA基体中，芦苇纤维起到了异相成核作用，使得PLA基体的结晶速率加快。且对比未改性芦苇纤维，改性芦苇纤维使复合材料的力学性能和结晶性能改善的更明显。②纳米纤维素/PLA复合材料的制备及其性能。分别利用高压均质法处理芦苇茎和硫酸热水解法处理油茶果壳，制备长度分别为

6、700~2000nm的芦苇纳米纤丝（CNF）和300~500nm的油茶果壳纳米晶须（CNC）。经丁酸酐改性制得改性纳米纤丝（BCNF）和改性纳米晶须（BCNC）后，采用溶液浇铸制备得到不同添加量的BCNF/PLA和BCNC/PLA复合薄膜。研究结果表明，BCNF和BCNC能均匀的分散于PLA基体中，且与PLA基体间具有良好的界面相互作用，复合薄膜材料的拉伸强度和阻隔性能也得到显著改善，可应用于食品包装。③BCNC/PLA-聚吡咯（PPy）多层复合膜（CPP）的制备及抑菌性能。以Fe3+为引发剂，引发吡咯在BCNC/P

7、LA复合膜上聚合，I制备CPP多层复合膜。结果表明，表面覆上PPy层后BCNC/PLA膜的力学性能和透明性稍有下降，但热稳定性得到提升。CPP膜对大肠杆菌表现出良好的抑菌效果，抑菌效果随着CPP膜上PPy量的增加而提升。④载银BCNF/PLA复合膜（Ag-BCNF/PLA）的制备及抗菌保鲜性能。采用葡萄糖作为还原剂和BCNF作为负载基材，借助微波辐射快速反应体系，制得载银纳米纤丝（Ag-BCNF），并通过溶液浇铸法制备了Ag-BCNF/PLA复合膜。研究表明，制得的纳米银粒径为5~10nm，且能较好的负载于BCNF的

8、网状结构中。以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌为典型的致病菌模型进行抗菌测试，结果表明，Ag-BCNF/PLA的抑菌效果可达99%以上。此外，其对树莓具有较好的保鲜效果，并显著降低了树莓的腐烂率和质量损失率，维持树莓的品质，在4℃的开放存储环境下，树莓的货架期可由原来的2天延长到8天，证明了抗菌膜在包装中的应用潜力。关键词：生物基可降解材料；