随着环保意识和可持续发展理念深入人心,生物质资源凭借着其可再生和易降解的特点受到了极大的关注。然而,许多工业生产中的生物质由于没有得到合理的利用,反而被视为废弃物,为经济发展和环境保护造成很大的负担。咖啡渣,作为咖啡工业的副产物,每年的产量达到数百万吨规模。然而现在咖啡渣通常被就地填埋或是燃烧处理,这种处理方式造成了资源极大的浪费并且引发了严重的环境污染问题。根据研究表明咖啡渣中含有纤维素,半纤维素和咖啡因等多种成分,对这些物质进行分类分级利用,不仅可以降低对环境影响并且可以让咖啡渣成为工业原料提升其经济价值。目前,已经有许多研究集中在提高咖啡渣的价值和改善咖啡渣利用方式上,其中将咖啡渣作为功能填料增强可降解聚合物性能及其在3D打印上应用仍是一个挑战。本文立足于咖啡渣的高值化利用,通过化学-机械法制备出优异的色彩还原性和良好加工性能的3D打印微纳米脱色咖啡渣/聚乳酸生物质复合材料,并且基于生物质复合材料研究了微纳米脱色咖啡渣与聚乳酸的界面相容性,制备了高填料添加量和良好机械性能微纳米脱色咖啡渣/聚乳酸生物质复合材料。本课题首先采用碱和亚氯酸钠对咖啡渣进行漂白处理,并通过机械加工法制得具有微纳结构的脱色咖啡渣。经白度分析仪表征,原始咖啡渣白度指数仅为78.15。经漂白处理后,咖啡渣白度指数提升至16.53,白度指数提高了78.8%。微纳化加工处理有利于漂白咖啡渣白度的进一步增强,并将其白度指数提升至3.30。此外,经SEM分析显示,原始咖啡渣和漂白咖啡渣的粒径相差不大,尺寸在～700μm。但是,相比于原始咖啡渣,漂白后的咖啡渣在脱出非纤维素组分后,暴露出大量的孔洞结构。经机械处理后,漂白咖啡渣的粒径减小至2μm左右并富含微纳结构。红外分析表明,经化学处理后,漂白咖啡渣和微纳米脱色咖啡渣中非纤维组分被有效脱出。此外,热重分析表明,微纳米脱色咖啡渣比原始的咖啡渣具有更好的热稳定性。本课题将微纳米脱色咖啡渣作为功能填料与聚乳酸复合制备3D打印材料。随着微纳米脱色咖啡渣的加入,聚乳酸基体由透明变为略带黄色。经SEM分析,微纳米脱色咖啡渣能够在聚乳酸基体内均匀分散而没有发生团聚现象。接着通过力学性能表征,随着微纳米脱色咖啡渣的加入,复合材料的拉伸强度和弯曲强度出现下降。但是,复合材料的弯曲模量则逐渐提升,在20 w/w%微纳米脱色咖啡渣的添加量时,复合材料的弯曲模量提升42%。经热重分析,复合材料的起始降解温度随着微纳米脱色咖啡渣含量增加而逐渐降低,即使是20 w/w%的微纳米脱色咖啡渣添加量,复合材料的起始降解温度（255°C）仍远高于3D打印温度（～200°C）。经DSC分析,微纳米脱色咖啡渣对于复合材料的玻璃化转变温度和熔融温度的影响不大,但是却降低了复合材料的冷结晶温度同时提升其结晶度,这是因为微纳米脱色咖啡渣在复合材料中起到成核剂的作用。然后,流变分析表明,微纳米脱色咖啡渣降低复合材料的黏度,提升了复合材料的流动性。此外,经CIELab分析表明,与原始咖啡渣/聚乳酸复合材料相比,微纳米脱色咖啡渣/聚乳酸复合材料在红色、黄色和蓝色方面色差分别降低69.26%、84.79%和69.65%,显示出微纳米脱色咖啡渣/聚乳酸复合材料具有优秀的色彩还原能力。本文采用3-氨丙基三乙氧基硅烷对微纳米脱色咖啡渣进行改性处理。经表面接触角分析,硅烷改性的微纳米脱色咖啡渣的表面接触角明显增加,显示出更加疏水的特性。在5 w/w%硅烷偶联剂改性微纳米脱色咖啡渣,当硅烷化微纳米脱色咖啡渣添加量为10w/w%时,与纯聚乳酸相比,复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别提高了18.26%和12.48%。表面硅烷化微纳米脱色咖啡渣可以很好提升复合材料界面作用。