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1. 研究目的与意义
生物质纳米纤维素具有许多优越的性质，如高强度、高亲水性、高生物降解性、高杨氏模量、高结晶度以及较好的化学改性能力等。这种复合材料既具有木纤维或植物纤维的高强度和高弹性,又具有聚合物基体的高韧性和耐疲劳等优点,是一种既类似木材又优于木材的新型复合材料。在纳米尺寸范围内应用纤维素分子及其超分子聚集体，设计并配置出不同的稳定的聚合物或者复合物，由此创制出功能优异的新纳米精细化工产品和新纳米材料，使之成为纤维素科学的前沿领域。随着纳米科学技术在林产品发领域的渗入和发展,从生物质纤维素中发纳米材料,利用其制备功能制品以提高生物质纤维素的附加值和利用效率,日渐受到人们的关注,已成为纤维素科学领域的研究热点。纳米纤维素作为增强材料的优势是其他增强材料无法比拟的。
本实验研究成果可以制备出轻型高强复合材料，面向车体材料、汽车飞机内饰件等结构材料的轻质化、高性能化的研究。
2. 国内外研究现状分析
利用含碳量高的固体废弃物例如秸秆、稻草、林木采伐废枝等作为原料制备生物质炭不但避免了环境污染，而且还能解决一定的能源匮乏的问题，是一种废物资源化的很好方法。
据报道我国每年秸秆产量约7亿吨，农林废弃物约3.5亿吨，并有大量的城市垃圾难以处理，若将它们用于生产生物质炭无疑是一种变废为宝的方法。目前，植物类废弃物主要的处理方法为燃烧，既污染了环境又浪费了能源，因此，可以用其生产生物质炭，并作进一步利用。
纳米材料和纳米技术被称为二十一世纪的又一次产业革命。纳米材料可以分为有机纳米材料和无机纳米材料，其中有机纳米材料中的生物质纳米纤维素在纳米材料的研究中占有极其重要的地位。近年来，一些国家纷纷制定相关战略计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。美国、欧盟、日本等均制定了生物质材料的大规模研制计划，美国的战略目标是到2020年，生物质材料取代全国石化原料制成材料的25%。日前，tappi也组建了新的国际纳米技术部，其将致力于可再生材料纳米技术，包括推进生物质纳米纤维素的研究和开发。
可以预见,随着石油资源的日益枯竭和对改善生态环境的持续追求,以林业可再生资源为原料的生物降解性高分子材料将成为未来化学工业的重要发展方向。最早有研究制备所得的纳米复合材料是hajjip等用多糖纳米晶体增强聚合物,他们使用动物晶须增强苯乙稀和丙稀酸丁醋的共聚合得到的热塑性聚合物。faucheuj等将含有亲水性纳米纤维素晶须的复合材料和聚苯乙稀-共己基丙稀酸酷基体通过微细乳液聚合制备。okubo等采用实验室三滚筒磨粉机将mfc与pla复合组分磨细,然后利用双螺杆挤出成型也获得了相容性较好的mfc/pla复合材料,并研发出了高性能的竹纤维/mfc/pla多相复合材料。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：
本文以生物质炭/纳米纤维素代替传统的普通木粉、竹粉等木质材料，选用uhmwpe以及hdpe作为基体材料，生物质炭作为填料，使用双螺杆挤出机制备生物质炭/纳米纤维素塑料复合材料，并借助各种测试仪器对生物质炭/纳米纤维素塑料复合材料进行力学、吸水性能的测试。研究了不同比例的生物质炭和uhmwpe以及生物质炭和hdpe的复合材料的性能。
典型的木塑复合材料生产工艺是利用热搅拌技术将木质纤维和热塑性塑料充分混合,再以挤出、层压、模压或者注塑的方式成型得到木塑复合材料。本实验采用的是就是用生物质炭、纳米纤维素代替木粉等进行的实验。
4. 研究创新点
本题将聚烯烃作为基体物质，加入生物质炭、纳米纤维素作为增强材料，制备出性能优越的生物质炭/纳米纤维素/聚烯烃复合材料。比起传统的复合材料,纳米材料中由于纳米粒子所特有的纳米效应使其具有优越的性能。纳米填料的加入,不仅可以使塑料的性能得到很大程度的改善,还可能赋予塑料新的性质,为制备高性能、多功能的塑料制品提供了可能。生物质纳米纤维素/丙烯酸聚烯烃复合材料的研究已引起了研究者的高度热情并取得了一定的成绩,期待在机理研究和产品工业化上获得更大的突破。
(1)目前国内关于生物质炭、纳米纤维素的复合材料还是相对较少的，此研究具有一定的前沿性。
(2)研究了生物质炭、纳米纤维素与聚烯烃的性能特征。
