改性纤维素纳米晶PBAT复合材料的制备与性能

《改性纤维素纳米晶PBAT复合材料的制备与性能》是一篇关于新型生物基复合材料的研究论文，主要探讨了通过改性纤维素纳米晶（CNC）与聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）结合，制备具有优异性能的复合材料的过程及其应用潜力。该研究旨在开发环保、可降解且机械性能良好的材料，以满足现代工业对可持续材料的需求。

纤维素纳米晶是从天然纤维素中提取的纳米级材料，具有高比表面积、优异的力学性能和良好的生物相容性。然而，由于其表面含有大量羟基，导致在聚合物基体中分散性较差，从而影响复合材料的整体性能。为了解决这一问题，研究人员采用了多种改性方法，如酯化、接枝共聚和表面硅烷化等，以提高CNC与PBAT之间的界面相容性。

在本研究中，作者采用了一种高效的化学接枝方法，将丙烯酸（AA）引入到CNC表面，形成具有极性官能团的改性CNC。这种改性不仅增强了CNC与PBAT之间的相互作用，还提高了复合材料的热稳定性。随后，通过熔融共混的方法将改性后的CNC与PBAT进行复合，制备出一系列不同含量的复合材料样品。

实验结果表明，当CNC的添加量为2 wt%时，复合材料的拉伸强度和弹性模量分别提高了约30%和45%，显示出显著的增强效果。此外，改性CNC的加入还改善了复合材料的热稳定性，使其在高温下的分解温度提高了约15℃。这说明改性后的CNC能够有效分散在PBAT基体中，并与基体形成良好的界面结合。

除了力学性能和热稳定性的提升，该研究还评估了复合材料的结晶行为和降解性能。X射线衍射（XRD）分析显示，随着CNC含量的增加，复合材料的结晶度有所下降，这可能是因为CNC作为成核剂促进了PBAT的结晶过程。同时，扫描电子显微镜（SEM）图像显示，改性CNC在PBAT基体中均匀分散，没有明显的聚集现象，进一步证明了改性处理的有效性。

在降解性能方面，研究者通过模拟土壤环境测试了复合材料的生物降解能力。结果表明，添加改性CNC的复合材料在60天内的质量损失率约为35%，而未改性的CNC复合材料仅达到20%。这表明改性处理不仅提升了材料的机械性能，还增强了其生物降解能力，使其更符合环保要求。

此外，该研究还探讨了CNC含量对复合材料流变性能的影响。动态热机械分析（DMA）结果显示，随着CNC含量的增加，复合材料的储能模量逐渐升高，表明其刚性增强。这进一步验证了CNC在复合材料中的增强作用。

综上所述，《改性纤维素纳米晶PBAT复合材料的制备与性能》这篇论文系统地研究了改性CNC与PBAT复合材料的制备工艺、结构特性及性能表现。通过合理的改性方法和优化的复合工艺，成功制备出了具有良好力学性能、热稳定性和生物降解性的复合材料。这些研究成果为开发高性能、环保型生物基复合材料提供了重要的理论依据和技术支持，具有广阔的应用前景。