PLA/PBAT与秸秆复合材料

1、秸秆/PLA/PBAT复合材料的制备

将秸秆粉过筛至100目，放入10wt%NaOH水溶液中12小时。将秸秆粉过滤，洗涤至中性，然后在80°C烘箱中干燥12小时。秸秆粉用5wt%硅烷乙醇溶液改性，在80°C烘箱中烘干。

基体比例：PLA（100目）和PBAT（100目）按7:3混合。复合物与植物纤维与基质之比为7:3。显示了复合材料的具体组成百分比（干重）。然后将这些原料放入搅拌机中，搅拌均匀10分钟。用混合均匀的材料填充模具并在160°C和10MPa下热压15分钟。

复合成分

2、结果和考虑

(1) 物理机械性能

显示了秸秆/PLA/PBAT复合材料的力学性能。大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料比其他三种复合材料具有更好的拉伸、弯曲和冲击强度，分别达到14.3 MPa、19.5 MPa和3.2 KJ·m-2。

在相同基体条件下，纤维强度对复合材料有显着影响。秸秆的力学性能主要取决于纤维素和木质素的含量。纤维素主要增加纤维强度，而木质素与拉伸强度呈负相关。

秸秆/PLA/PBAT 复合材料的力学性能

(2) 显微组织分析

显示了四种吸管/PLA/PBAT木塑复合材料的拉伸截面超微结构。秸秆纤维与基体材料紧密结合，拉伸区域无明显空隙缺陷。

纤维和基体材料之间**的界面质量是大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料。最糟糕的是玉米秸秆。玉米秆内部组织强度低，易吸水。玉米秸秆的纤维结构松散，影响复合材料的力学性能，热压过程中的水蒸气会形成细小的裂纹。

(a) 高粱、(b) 大米、(c) 玉米和 (d) 大豆秸秆 / PLA / PBAT 复合材料的微观拉伸截面

大豆秸秆具有与锯末相似的物理特性，并具有较高的强度。改性后的大豆秸秆纤维表面粗糙度变大，熔融的PLA/PBAT基体容易渗透。复合材料硬化后，纤维与基体的界面摩擦力较高，拉伸部分仍与基体紧密结合，提高了其力学性能。高粱秸秆填充复合材料与水稻秸秆填充复合材料的界面质量相近，仅次于大豆秸秆填充复合材料，但远高于玉米秸秆填充复合材料。这两种纤维结构紧凑，在热压过程中很容易被基体包裹。因此，四吸管增强 复合材料的界面质量与吸管的表面粗糙度、刚度和结构紧密度成正比。

(3) 热性能分析

显示了四种吸管/PLA/PBAT 复合材料和处理后的四种吸管的 TG/DTG 曲线。失重过程可分为三个主要部分。从100℃到200℃，由于水分蒸发和一些低分子量化合物的挥发，质量略有下降。在 200°C 和 450°C 之间，所有曲线都显示出非常快的减速。在这个过程中，质量变差主要是由于秸秆纤维和基质的分解造成的。纤维素（180-240℃）、半纤维素（230-310℃）、木质素（300-400℃）在纤维中依次分解。他的热解温度也是260℃～400℃。

复合 TG/DTG (a) 和秸秆 TG/DTG (b)

当温度升至500℃时，第三阶段开始。少量热解组分继续分解，热解残渣进一步炭化，持续变质不严重，逐渐趋于稳定。从该图中可以看出，玉米叶面/PLA/PBAT复合材料在初始热解温度（286.1℃）、热解率、热解残渣（7.27%）方面均优于其他三种材料。

对比图4a和4b，复合材料的主要失重温度范围为250-450℃，纤维的主要失重温度范围为200-380℃，复合材料的残留量小于10%。且纤维残留量超过15%。从 TG 可以看出，复合材料在主要失重段的失重率比纤维更严重。

最低热解温度为260°C。复合材料的初始热解温度略高于纯纤维，因为复合秸秆纤维包裹在基体中，纤维通过基体包裹不太可能达到材料的表面温度。纤维和复合材料的热分解温度范围比纯纤维长。含量是所有复合材料中最高的，其热解主要产生H2O和CO2，其含量低于纯纤维残留物，或残留量较低。