摘 要

聚乳酸作为一种新型生物降解材料，一经问世便引起了学术界的热议与广泛关注。由于其良好的力学性能和抗溶剂性，可以简单加工成型，如熔融加工成型或挤压注塑成型。但是由于其脆性大，韧性较差无法广泛应用，因此需要对聚乳酸材料进行改性以期提升韧性和结晶性能。

氧化石墨烯作为石墨烯的一种衍生物，具有良好的亲水性与分散性以及较大的表面积，可以与聚乳酸形成良好的复合物，因此也是人们经常对聚乳酸改性的首要选择之一。

由于不可再生资源的枯竭以及使用后的连带危害使得对生物资源的开发利用更加广泛，木质素作为一种广泛纯在植物中的产物，不仅来源广泛可以节约大量财力，由于其可降解性，还可以对环境有极大的保护，当木质素加入聚乳酸中，由于两者表界面相容性一般，使得拉伸强度降低，但是加入一定量的木质素可以有效改善聚乳酸的韧性以及结晶能力。

本文研究了聚乳酸与木质素以及氧化石墨烯三种材料进行复合，研究其力学性能与热力学分析。采用正交实验方法，将聚乳酸分别与木质素以及氧化石墨烯复合，找寻较优的复合配比。然后再将三种材料按照较优的配比复合，再通过力学性能测试与热力学测试寻找最优配比。

关键词:聚乳酸 木质素 氧化石墨烯 复合材料 改性

Preparation and Simple Characterization of Polylactic Acid/Graphene Oxide/Lignin Composites

ABSTRACT

Polylactic acid, as a new biodegradable material, has attracted extensive attention in academia since its discovery. Due to its good heat resistance and solvent resistance, it can be processed and formed simply, such as melt processing or extrusion injection molding. However, due to its high brittleness and poor toughness, polylactic acid materials need to be modified to improve toughness and crystallization properties.

Graphene oxide, as a derivative of graphene, has good hydrophilicity, dispersibility and large surface area, and can form a good composite with polylactic acid, so it is also one of the best materials for modification of polylactic acid.

Due to the depletion of non-renewable resources and the associated hazards after use, the development and utilization of biological resources are more extensive. Lignin, as a widely pure product in plants, not only can save a lot of financial resources from a wide range of sources, but also can greatly protect the environment when used properly. When lignin is added to polylactic acid, the tensile strength is reduced due to the general interfacial coMPatibility, but adding a certain amount of lignin can effectively improve the toughness and crystallization ability of polylactic acid.

In this paper, polylactic acid is compounded with lignin and graphene oxide, and its mechanical properties and thermodynamic analysis are studied. Orthogonal experimental method was used to compound polylactic acid with lignin and graphene oxide respectively to find a better compound ratio. Then the three materials are compounded according to a better ratio, and the best ratio is found through mechanical property test and thermodynamic test.

Key words: Polylactic Acid Lignin Graphene Oxide Composites

Modified

目 录

1 前言 1

1.1聚乳酸的简介 1

1.1.1 聚乳酸的合成 1

1.1.2 聚乳酸的改性 2

1.1.3 聚乳酸的应用 3

1.2 氧化石墨烯的简介 4

1.3 木质素的简介 6

1.3.1 木质素的研究进展 7

1.4 研究目的与意义 8

1.5 研究主要内容 9

2 实验部分 10

2.1聚乳酸/氧化石墨烯复合材料的制备及其性能研究 10

2.1.1实验方法 10

2.1.2 实验原料 10

2.1.3 实验设备 10

2.1.4 表征方法 11

2.1.5 实验结果与讨论 14

2.2 聚乳酸/木质素复合材料的制备及其性能研究 15

2.2.1 实验方法 15

2.2.2 实验原料 15

2.2.3 实验设备 16

2.2.4 表征方法 16

2.2.5 实验结果与讨论 19

2.3 聚乳酸/氧化石墨烯/木质素复合材料的制备及其性能研究 20

2.3.1 实验方法 20

2.3.2 实验原料 20

2.3.3 实验设备 21

2.3.4 表征方法 21

2.3.5 实验结果与讨论 24

结 论 25

致 谢 26

参考文献 27

1 前言

1.1聚乳酸的简介

聚乳酸又叫做聚丙交酯，是典型的生物可降解高分子材料，属于羟基酸衍生物，不仅生产过程无污染、很少产生无副产物，而且具有优异的生物可相容性与生物可降解性，但是由于其断裂伸长率和拉伸强度常低于其他塑料，同时又存在韧性差、刚性强、弯曲性能较差、耐热性能和亲水性差等诸多缺点。据统计，聚乳酸的产量每年都在增长，到2020年全球产量将至少达到81万吨，已经引起广泛关注^[1]。

• • 1. 聚乳酸的合成

目前，市场上包括高抗冲聚丙烯（HIPP）和聚氯乙烯（PVC）在内的普通家用消费品中生物可降解聚合物50%为 PLA。乳酸(2-羟基丙酸)是 PLA 的单体，是简单的含手性碳原子的酸，存在两种对映异构体，两种异构体(D-乳酸与 L-乳酸)都是由微生物发酵而成。动物体内只能产生 L-乳酸，且很容易被消化分解。绝大多数的乳酸都是菌种对碳水化合物的发酵而成，根据菌种的不同，发酵过程可分为不同种类，异型发酵和同型发酵。据科学分析，在异型发酵中，1mol糖大概可以产生1.8mol乳酸以及一些其他产物，最多的应该是二氧化碳和乙醇；再同型发酵中，100 g 葡萄糖可转化 90 g 左右的乳酸，这是由于同型发酵乳酸产量更高，副产物含量相对较低，同型发酵在工业中的应用更广泛^[2]。发酵使用最多的菌种是乳酸杆菌和葡聚糖明串珠菌，具有安全性高、产能高、能耗低等特点，但产物中含有部分的 D-乳酸^［3］。当然也不止这两种发酵途径。这些菌种大多都属于同型发酵，一般在 pH 为5左右，温度在38-42℃厌氧条件下发酵。通常，发酵的糖来源广泛，可以从玉米、土豆、山芋以及一些水果中提取。化学合成法可生产外消旋 PLA，但不经济，因此，通常使用发酵法生产 L-乳酸。

PLA 的合成路径如图 1-1 所示：