1. 研究目的与意义
本项目以通过控制机械分散强度可控制备多尺度木质纤维，研究对比以不同尺寸的微纳米木质纤维与PLA制备复合材料的方法及性能调控机理。项目通过控制木质纤维尺寸、比例、木质素含量增塑剂、增韧剂的添加等条件调控复合材料的界面相容性、机械性能、热稳定性等。
2. 国内外研究现状分析
纤维素是最丰富的天然、可再生的生物基聚合物，主要来源于植物，由于其密度低、高强度、生物可降解性、生态友好性、无毒无害、良好的隔热和隔音的特性，在塑料、汽车和包装行业具有巨大的应用潜力。（kalia等人，2011年；klemm等人，2005年；thakur等人，2013年）。这些纤维素纤维不仅可以降低纯聚合物的总体材料成本，而且还可以作为复合材料加固。它已被广泛用于制备（部分）生物基和生物降解复合材料。例如，塑料如聚乳酸（fortunati等人，2014年）、聚己内酯和聚酰胺的机械性能，使用纤维素纤维进行了修改（bai等人，2013年；panaitescu等人，2013年），并综合概述了天然纤维在力学性能和应用方面的差异（he等人，2015；mohammed等人，2015；thakur和thakur，2014a；thakur等人，2014b）。susanne christ等人采用纤维增强法生产的产品纤维改性石膏粉（christ等人，2015）提高了3d打印的湿强度。另一方面，另一个最近的研究项目研究了木材的粉末和使用的胶黏剂作为3d打印的混合物（kariz等人，2016）。研究人员展示了在3d打印过程中使用木质材料或天然纤维素纤维的主要可行性。然而，由木粉或纤维素纤维制成的3d打印产品，其机械强度不高，需要改进。许多以前的研究表明，通过使用少量的纳米纤维素（约1-5wt%）作为聚合物（如pla）的增强相，有利于发挥材料的优势（christ等人，2015年；ma等人，2015年；qu等人，2012年；virtanen等人，2014年）。但由于纳米纤维素的制备工艺复杂，加入量少，性能改进有限，成本高，限制了纳米纤维素复合材料的应用。
nakagaito等人利用造纸过程中脱水成形的工艺将mfc与直径10-15μm的pla纤维的分散液在金属铜网上脱水成形，再经干燥、热压、退火等工艺处理后，获得高mfc含量的mfc/pla复合薄板。pla微米纤维在成形过程中可阻止mfc的流失，因此复合薄板具有较高的得率。力学分析表明，造纸工艺在复合材料制备过程的使用，可使复合材料在mfc含量高达70%时仍具有较高的杨氏模量和拉伸强度，并保持一定的刚性。mfc可影响pla的结晶性能。song等经溶液挥发法制备了mfc/pla复合材料，并着重研究了mfc对于pla结晶成核的影响。mfc在pla可作为成核剂，有效提高了pla的结晶速率并降低了pla的冷结晶温度。研究表明，随着mfc含量的增加，pla可形成更多稳定均一的结晶区。mnc通常由纳米纤维素和微米纤维素组成。mnc具有超精细结构、高透明度、力学性能良好、加工性能良好等特点。
3. 研究的基本内容与计划
一、研究内容
1.以甘油为分散剂，加以弱酸处理，在120℃下将hbkp、几丁质分散成mnc，观察其在该溶剂体系中的分散状态；
2.将用甘油加弱酸体系分散后的mnc按不同比例和pla混合均匀后通过注塑机注塑成型，并表征其力学性能；
4. 研究创新点
相比于纳米纤维素，MNC制备过程简单、成本较低；而相比于尺寸较大的纤维素原料，MNC不仅能更好地分散于PLA中，还可提供更多的羟基与PLA产生更多的氢键结合，并破坏PLA高分子链间的交联，从而实现PLA韧性的增强。本研究团队通过多元醇润胀结合机械处理的方式获得了由纳米纤维素和直径小于5微米的微米纤维素共同组成的MNC。此种制备方法的特点是过程简单、得率高。将获得的MNC经溶液共混法与PLA复合，并通过硅烷偶联剂KH550改善复合材料界面相容性，通过PEG6000提高复合材料的熔体流动性，获得了高MNC含量的可降解PLA复合材料。MNC/PLA复合材料具有较好的3D可打印性，设置FDM型3D打印机喷头挤出线材直径为0.4 mm，打印速度为50 mm/s，打印温度为190 ℃，热床温度为60 ℃，成功获得如图3所示高强度轻质3D打印产品。高微纳纤维素含量的微纳纤维素/PLA相比于纳米纤维素/PLA复合材料具有绝对的成本优势，且机械性能较纯PLA有所提高。
