聚多巴胺改性木纤维/聚乳酸复合材料的制备与性能研究

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高分子聚合物材料广泛应用于各领域,然而大部分石油基塑料难以降解导致了日益严重的环境污染,因此可生物降解材料例如聚乳酸成为了未来发展的趋势。木材纤维作为储量丰富、易于获得的植物纤维原料,广泛应用于聚乳酸等高分子聚合物的填充材料,对降低聚乳酸生产成本并促使其降解等方面都发挥了卓越的作用。由于木纤维表面含大量极性羟基,而聚乳酸表面含弱极性的酯基,使得木纤维与聚乳酸基体间的界面相容性较差,表现出较弱的界面结合力。传统的界面改性方法不仅无法显著改善纤维与基体之间的界面相容性,还会在一定程度上破坏纤维的结构并对环境造成污染。因此急需寻找一种对环境友好,能够有效改善界面相容性且不破坏纤维自身结构,从而提升复合材料性能的方式。论文受天然海洋贻贝的超粘附行为启发,提出了一种绿色、简便且有效的方法,以提高木纤维和聚乳酸之间的界面相容性。(1)首先将具有邻苯二酚结构的多巴胺在弱碱性环境下自聚合,利用其稳定、高效的粘附性使其沉积在木纤维表面,制备木纤维/聚多巴胺/聚乳酸复合材料,以增强木纤维与基质聚乳酸之间的界面结合。(2)确定了最佳的反应条件,当木纤维添加比例为50%,多巴胺反应浓度为1 g·L-1,多巴胺反应时间为24 h时,木纤维/聚多巴胺/聚乳酸复合材料的抗拉强度和杨氏模量较聚乳酸分别提高了24.95%和66.59%,并且此时复合材料对金黄色葡萄球菌具有明显的抑制作用。(3)同时借助聚多巴胺的还原性将纳米银附着在木纤维表面,制备木纤维/聚多巴胺/银/聚乳酸复合材料,赋予材料防霉菌特性。确定了最佳的反应条件,当硝酸银浓度为11.8 mmo L·L-1,还原反应时间为8 h,还原反应温度为25℃时,木纤维/聚多巴胺/银/聚乳酸复合材料的抗拉强度与聚乳酸相比提高了8.79%,此条件下复合材料对黑曲霉菌具有明显的抑制作用。
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