新型研制夹层结构复合材料用于建筑围护结构应用

　　以聚羟基链烷酸酯（PHA）的表层和聚乳酸（PLA）/纤维素超细纤维（CMF）复合材料的夹层为基层，这是一种新型研制的夹层结构复合材料。此外，CMF通过溶胶-凝胶工艺进行化学改性，以改善天然增强材料与聚合物基体之间的相容性。

　　结果表明，改性后的CMF具有高度疏水性（接触角值约为118°），且均匀分散在PLA基体中。热重分析结果表明，改性CMF增强的夹层复合材料具有更好的热稳定性。

　　在机械性能方面，将天然增强材料加入夹层复合材料中，提高了材料的拉伸模量和强度值。夹层复合材料的水蒸气渗透率随着未处理纤维的添加而增加;然而，改性CMF增强的复合材料表现出优于未处理CMF的阻隔性能。

　　此外，还进行了耐久性测试，以确定加速老化对夹层复合材料性能的影响。结果表明，未经CMF增强的复合材料在加速老化后力学性能和阻隔性能下降，而改性CMF增强复合材料的变化最小。

　　建筑围护结构是建筑物的重要组成部分，负责保护建筑物居住者免受阳光、雨、雪、风和污染等外部环境影响。建筑围护结构是一种多层被动元件，对建筑物的能源效率有重要影响，同时保持建筑物居民的健康和舒适1.漏气、传热和湿气扩散是建筑围护结构的一些重要功能2.在寒冷气候国家，建筑物内部的水蒸气质量浓度通常高于外部环境，从而导致水分通过建筑物墙壁迁移3.因此，扩散的水分会促进霉菌生长，降低隔热效果，并使建筑围护结构材料变质4.在这方面，应在建筑物的内侧（暖侧）安装防潮层/缓凝膜，以控制水蒸气通过建筑物墙壁的传输5.

　　目前建筑行业使用的阻隔膜有几种类型，例如塑料布和硬质泡沫绝缘材料。在这些材料中，聚合物因其独特性而越来越多地用于建筑围护结构应用。聚乙烯 （PE） 挤出板材是市场上使用的最突出的防潮/缓凝膜之一。然而，PE是一种合成的汽油衍生聚合物，具有相对较高的隐含能源和碳足迹，其过度使用对环境有害6.如今，作为前沿控制策略，全球范围内对化石基塑料使用的监管已经收紧7.这种全球趋势导致对可再生资源衍生材料的需求增加，这些材料有可能被视为传统化石基塑料的替代品。

　　聚羟基链烷酸酯（PHA）和聚乳酸（PLA）是塑料工业中最重要的生物聚合物8.PHA是一种天然的热塑性生物聚合物，由于其优异的气体/蒸汽阻隔性能和生物相容性，可用于食品包装和生物医学应用等多种应用。然而，制造由100%PHA制成的产品仍然是一个挑战，因为它的制造成本高，而且加工不稳定。为了使PHA在工业上更具适用性和可行性，可以将其与其他可再生材料和增强材料混合。近年来，PLA受到高度关注，成为工业应用中最经济的生物聚合物之一。它具有多种理想的性能，包括优异的加工性能、物理化学性能和合理的价格9.尽管它具有有趣的特性，但它有一些缺点，限制了其在工程方面的应用。这些缺点包括其热稳定性差、韧性差和结晶速度慢10.这些问题可以通过将天然增强材料（例如木粉或纤维素纤维）掺入复合材料中来解决11.在这些名为木塑复合材料的材料中，天然填料不仅具有增强作用，而且还减少了碳足迹和产品的重量12.

　　最近，几项研究报告了可再生纤维素基填料在聚合物复合材料中的应用13.纤维素超细纤维 （CMF） 是用作聚合物复合材料增强材料的理想候选材料。CMF 具有几个有趣的特性，包括丰度、无毒和良好的机械性能。此外，CMF为与聚合物基体的相互作用提供了高表面积，与聚合物复合材料应用中的大规模纤维素纤维相比，具有优异的特性。纤维增强复合材料生产的主要挑战是实现纤维在聚合物基体中的适当分散6.CMF 具有亲水性，因为其结构中存在许多羟基 （OH） 基团，使其与非极性聚合物不相容。此外，CMF会吸收周围环境中的水分，导致纤维膨胀，并在聚合物基体和纤维之间形成内应力。因此，应进行CMF的化学表面改性，使其亲水性转化为疏水性特性14.CMF的改性有多种方法，例如酯化15、氧化/酰胺化16、碱化17表面活性剂18增塑剂19、聚合物接枝20、 硅烷化21.溶胶-凝胶技术是一种高度通用的改性天然增强材料的方法22,23.该方法基于纤维素纤维表面无机前体的水解和原位缩合24,25.正硅酸四乙酯26、甲基三甲氧基硅烷7和十六烷基三甲氧基硅烷27是以前用于改性天然增强材料的一些硅烷基前体28,29.

　　研究旨在开发一种基于生物基材料的新型夹层结构阻隔膜。PHA因其优异的阻汽性能而被选为膜的表层。尽管PLA对寒冷气候敏感，但它被选为夹层复合材料的中间层，掺入了高达30wt%的纤维素微纤维，以节省环境和经济效益。为了提高亲水纤维在PLA基体中的分散性，采用溶胶-凝胶工艺用TEOS和HDTMS对CMF进行了改性。