臺灣博碩士論文加值系統

本研究是從鳳梨葉及回收竹筷等含有植物纖維的農業廢棄物中，經由曝曬、乾燥、粉碎、過篩等步驟，取得兩種短纖。再以聚乳酸作為基材，兩種植物纖維當作補強材料，結合三種材料不同的優異性質製備出新穎之生物可分解複合材料，並利Triethoxyvinylsilane
（Z-6060）偶合劑對鳳梨纖維及回收竹筷纖維等原本親水性表面進行改質，使天然植物纖維與聚乳酸基材之間的相容性有所提升，再利用熔融混煉方式製備出一種新的天然植物纖維/聚乳酸綠色複合材料。
結果顯示，改質後的植物纖維可以使聚乳酸高分子與植物纖維之間的界面黏著性提升，有效地改善複合材料的機械性質與熱性質。添加30wt%的改質纖維複合材料，拉伸強度提升了60%，而彎曲模數提升了66%。在熱性質部分，在純聚乳酸中添加30wt%的改質纖維後，其熱變形溫度由80.9℃提升至141.9℃，提升了75%。因此添加植物纖維不僅使聚乳酸之熱性質、機械性質有所提升，並且可降低材料之成本，且合乎環保之需求。

In this study, the reinforced fibers from pineapple leaf fiber and recycled disposable chopsticks fiber were obtained through exposure, drying, grinding and sifting. The surfaces of fibers were chemically modified by triethoxy-vinylsilane (Z-6060) to improve the compatibility between the natural plant fibers and polymer matrix. Then, the novel plant fibers/polylactic acid (PLA) green composites were prepared through melt-blending method.
The results show that the addition of silane-treated plant fiber can enhance the interfacial adhesion between PLA and plant fibers. Moreover an improvement in mechanical and thermal properties was also observed. The tensile and flexural strengths of PLA were improved about 60% and 66% when reinforced with 30 wt% modified fibers. In the aspect of thermal properties, the HDT of pure PLA can be increased from 80.9OC to 141.9OC with the addition of 30 wt% modified fibers, and the improvement was about 75%. Apart from enhancing the mechanical properties and thermal stability, the incorporation of natural fibers can reduce the production cost of materials while meeting the demands of environmental protection agencies.

圖目錄
圖1-1 直接聚合製備聚乳酸的過程…………………………………9
圖1-2 聚乳酸製備流程………………………………………………10
圖1-3 天然植物纖維的纖維素結構圖………………………………13
圖1-4 （左）整株鳳梨葉（右）將鳳梨葉剝開之後可取出纖維…15
圖1-5 矽烷偶合劑與纖維表面氫氧基反應機構……………………18
圖2-1 黃麻纖維不同表面處理之SEM圖（a）未改質纖維（b）鹼處
理纖維（c）偶合劑處理纖維……………22
圖2-2 複合材料與純聚乳酸之動態機械分析圖（左）儲存模數
（右）損失模數………………………………………………24
圖2-3 聚乳酸水解機制………………………………………………28
圖3-1 鳳梨葉和回收竹筷纖維改質實驗流程圖……………………43
圖3-2 植物纖維偶合劑處理之反應機構圖…………………………45
圖3-3 植物纖維不同比例與聚乳酸之複合材料製備流程圖………47
圖3-4 製備聚乳酸複合材料之反應式………………………………48
圖3-5 聚乳酸/植物纖維複合材料製備流程圖……………………49
圖4-1 植物纖維三種不同處理方式之FT-IR分析圖………………52
圖4-2 聚乳酸/植物纖維複合材料之FT-IR分析圖…………………53
圖4-3 不同化學改質之鳳梨葉纖維及回收竹筷纖維之TGA分析圖.56
圖4-4 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之TGA分析圖………57
圖4-5 聚乳酸/植物纖維複合材料之TGA分析圖……………………58
圖4-6 PLA30及PLA30*之TGA分析圖…………………………………58
圖4-7 聚乳酸/植物纖維複合材料之DSC的Tg分析圖（第一次加熱）…..61
圖4-8 聚乳酸/植物纖維複合材料之DSC的Tm分析圖（第一次加熱）…..61
圖4-9 聚乳酸/植物纖維複合材料之DSC的Tc分析圖（第一次冷卻）…...62
圖4-10 聚乳酸/植物纖維複合材料之HDT分析圖……………………64
圖4-11 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之拉伸強度分析圖…67
圖4-12 聚乳酸/植物纖維複合材料之拉伸強度分析圖……………68
圖4-13 聚乳酸/植物纖維複合材料之彎曲強度分析圖……………70
圖4-14 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之耐衝擊強度分析圖73
圖4-15 聚乳酸/植物纖維複合材料之耐衝擊強度分析圖…………74
圖4-16 聚乳酸/植物纖維複合材料之儲存模數關係圖……………77
圖4-17 聚乳酸/植物纖維複合材料之損失模數關係圖……………78
圖4-18 聚乳酸/植物纖維複合材料之tanδ關係圖…………………78
圖4-19 不同種類的植物纖維之POM分析（a）純鳳梨葉纖維（b）鹼
處理之鳳梨葉纖維（c）偶合劑處理之鳳梨葉纖維（d）純回
收竹筷纖維（e）鹼處理之回收竹筷纖維（f）偶合劑處理之
回收竹筷纖維（scale bar是100 um）……………………82
圖4-20 聚乳酸/植物纖維複合材料之POM分析（a）純聚乳酸（b）聚
乳酸/已改質的植物纖維複合材料（scale bar是100 um）83
圖4-21 純聚乳酸在耐衝擊斷裂表面之SEM圖………………………85
圖4-22 PLA30*（纖維未經化學處理）在耐衝擊斷裂表面之SEM圖85
圖4-23 PLA30（纖維經化學處理）在耐衝擊斷裂表面之SEM圖……86
圖4-24 PLA40（纖維經化學處理）在耐衝擊斷裂表面之SEM圖……86
圖4-25 聚乳酸/植物纖維複合材料之吸水性分析圖………………88
圖4-26 PLA30及PLA30*之吸水性分析圖…………………………….88
圖4-27 聚乳酸/植物纖維複合材料之生物可分解性測試分析圖…90
圖4-28 PLA30及PLA30*之生物可分解性測試分析圖……………….90
圖4-29 聚乳酸/植物纖維複合材料之生物可分解性測試照片……92

表目錄
表1-1 高分子複合材料主要成分與性質……………………………3
表1-2 生物分解性能評估方法分類與特徵…………………………7
表1-3 生物可分解材料之國際標準…………………………………7
表1-4 鳳梨葉纖維化學成分的對比（％）…………………………15
表2-1 天然植物纖維與人造纖維的機械性質對照表………………20
表3-1 DCP不同含量的比例及代號說明……………………………45
表3-2 兩種纖維之間的比例及代號說明……………………………46
表3-3 各樣品成分的比例及代號說明………………………………48
表4-1 主要官能基吸收峰對照表……………………………………51
表4-2 不同化學改質之鳳梨葉纖維及回收竹筷纖維之TGA分析表.56
表4-3 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之TGA分析表……….57
表4-4 聚乳酸/植物纖維複合材料之TGA分析表……………………59
表4-5 聚乳酸/植物纖維複合材料之DSC分析表……………………62
表4-6 聚乳酸/植物纖維複合材料之HDT分析表……………………64
表4-7 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之拉伸強度分析表…67
表4-8 聚乳酸/植物纖維複合材料之拉伸強度分析表……………68
表4-9 聚乳酸/植物纖維複合材料之彎曲強度分析表……………70
表4-10 植物纖維不同比例與聚乳酸複合材料之耐衝擊強度分析表73
表4-11 聚乳酸/植物纖維複合材料之耐衝擊強度分析表…………74
表4-12 聚乳酸/植物纖維複合材料之儲存模數分析表……………77
表4-13 聚乳酸/植物纖維複合材料之損失模數及tanδ分析表……79
表4-14 聚乳酸/植物纖維複合材料之吸水性分析表………………87
表4-15 聚乳酸/植物纖維複合材料之生物可分解性測試分析表…91

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