對(duì)環(huán)境問(wèn)題和可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)注、石化資源的消耗以及傳統(tǒng)石化塑料造成的污染，引起了人們對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型天然聚合物和復(fù)合材料的重視。以植物纖維和生物塑料為原料制備的生物復(fù)合材料不斷發(fā)展，它們?cè)诎b、家具、汽車(chē)裝飾材料等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。聚乳酸（PLA）是一種重要的可持續(xù)性生物降解聚合物，它是由玉米和小麥等農(nóng)業(yè)原料制備的。其原材料易于獲得，且是可持續(xù)性的。與其他生物可降解聚合物相比，PLA具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱塑性塑料的易加工性。它是一種獨(dú)特的環(huán)境友好的天然生物聚合物。但由于成本高，該聚合物在商業(yè)上并未廣泛應(yīng)用。解決該問(wèn)題的一個(gè)方法是在 PLA 中添加低成本組分，如天然纖維、淀粉和礦物質(zhì)等。這不僅能降低成本，而且還能提高其力學(xué)性能或功能。長(zhǎng)期以來(lái)，因其可持續(xù)性、易于獲取和較好的機(jī)械強(qiáng)度，天然纖維一直是增強(qiáng)聚合物材料的熱門(mén)選擇。天然纖維包括稻草、大麻、亞麻等。

秸稈是來(lái)源豐富的主要農(nóng)業(yè)廢棄物之一，是小麥、水稻、玉米、土豆、油菜、棉花、甘蔗等作物成熟后的秸稈和葉片的總稱(chēng)。雖然目前中國(guó)的秸稈利用率已達(dá)到80%，但秸稈作為工業(yè)原料的比例相對(duì)較低，附加值較低。秸稈的原始形態(tài)使用較少，但仍有許多應(yīng)用，如造紙、纖維板、生物質(zhì)燃料、手工藝品和生物質(zhì)碳等。秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。但這些組分的親水官能團(tuán)（-OH）與 PLA 的相互作用力較弱，不會(huì)促進(jìn)粘附，從而減少了力分散并削弱了復(fù)合材料的機(jī)械性能。此外，高親水性的秸稈增加了吸水率，在纖維周?chē)a(chǎn)生空隙，進(jìn)一步降低了纖維與基質(zhì)之間的結(jié)合強(qiáng)度。為了獲得與 PLA更好的界面性能，必須調(diào)整秸稈纖維表面的化學(xué)性質(zhì)。

纖維表面改性是一種相對(duì)常用的改善纖維與聚合物基體相容性的方法。提高植物纖維與聚合物基體之間相容性和附著力的方法包括：偶聯(lián)劑、酶處理、納米材料涂層等。物理方法有蒸煮、爆破、粉碎等對(duì)秸稈進(jìn)行細(xì)化，以改變秸稈纖維的形態(tài)和表面活性，但這些方法往往需要大型設(shè)備或消耗大量能量。超支化聚合物是一種高度支化的大分子，具有許多分支點(diǎn)和大量的活性端基，如環(huán)氧化物、胺和羥基。

安徽工程大學(xué)徐珍珍教授等人采用具有豐富的端羥基的超支化聚合物（HPN）對(duì)秸稈塑料復(fù)合材料進(jìn)行改性。作者研究了 HPN 濃度對(duì)秸稈纖維增強(qiáng)聚乳酸（SF/PLA）的影響。他們采用硅烷偶聯(lián)劑（CA）改善 SF、HPN 與 PLA 基體的界面相容性，對(duì)不同 SF/ PLA 復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度、熱性能和耐水性進(jìn)行了測(cè)試和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng) HPN 的濃度為 6%時(shí)，HPN-SF/PLA 具有最佳的機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)。HPN 改性、CA 改性及二者結(jié)合對(duì)提高材料的力學(xué)性能有積極作用。與 UN-SF/PLA相比，HPN CA-SF/PLA 復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度分別提高了 24.7%、16.6%和 10.8%。用 HPN、CA 及其組合處理 SF/PLA，其結(jié)晶度分別從 28%提高到29.4%、36.9%、42.3%。但 HPN 的低熔點(diǎn)導(dǎo)致 SF/PLA 的 Tg、Tm、Tc、Td5%和Tdmax 降低。這些特征溫度可以通過(guò)添加用于共改性的 CA 來(lái)提高。此外，由于 SF表面羥基數(shù)量減少和界面結(jié)合性能增強(qiáng)，三種改性方法都能夠提高 SF/ PLA 復(fù)合材料的耐水性。

圖. 端羥基的超支化聚合物HNP 處理及 HNP/CA 共處理工藝

文獻(xiàn)來(lái)源：Fangtao Ruan, Qingyong Yang, Chenguang Kan, Hao Wu, Lihua Zou, Qiaole Hu, Guofeng Wang, Li Yang and Zhenzhen Xu*. Influence of Hydroxyl-Terminated Hyperbranched Polymer and Coupling Agent on the Performance of SF/PLA Composites, Journal of Natural Fibers, 2023, 20:2, 2251683.