木塑复合材料(WPC)是指由木质或其他纤维素基材料和热塑性塑料混合后成型加工制成的绿色环保的新型复合材料，具有无毒、环保，加工性良好、耐水和耐腐蚀等优势[1-2]。我国秸秆资源丰富，种类众多（如小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆等），但是利用率不高[3-4]。传统的处理方式是焚烧或者直接废弃，在浪费资源的同时释放大量有害气体。秸秆增强的WPC利用农作物秸秆代替木材作为增强材料，可以降低生产成本与能耗[5]，有利于秸秆工业化利用，发挥农作物副产品的附加价值，同时减少对塑料的使用，发展绿色经济[6]。然而，WPC中秸秆纤维和塑料之间的相容性方面存在挑战。为了改善界面相容性，可以对秸秆表面改性处理，添加界面改性剂以及优化制备工艺等[7-9]。本研究综述了使用三种不同的秸秆（小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆）作为增强材料，概述不同的制备方法和改性剂下制备WPC的研究进展，介绍秸秆增强的WPC在包装设计、室内外家具、现代园林和建筑材料等领域的应用。1秸秆增强WPC的性能研究秸秆增强的WPC是用小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆等农作物秸秆代替了木材作为原料，经过粉碎和界面增容处理后，再与一定比例的热塑性塑料及助剂共混，通过挤出、热压或注塑等成型工艺制备的一种绿色环保、可循环利用的新型材料[10]。秸秆作为增强材料具有较高的纤维结晶度、分子排列规整性，较高的抗拉强度和良好的尺寸稳定性[11]。当秸秆与塑料熔融共混后，可以显著提升WPC的抗压、抗弯等力学性能[12]。虽然小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆化学组成相似，但是三种秸秆的纤维结构形态不同，导致制备的复合材料在性能方面存在一定差异。1.1小麦秸秆小麦秸秆作为一种常见的农作物副产品，在世界各地被广泛种植，其秸秆纤维含量丰富[13]。小麦的秸秆纤维结构形状规则、长径比高、结晶度高。高长径比有助于提升小麦秸秆基材料的力学性能和热学性能，并延长其使用寿命[14]，使其成为制备WPC理想材料。影响小麦秸秆基材料性能的因素有很多。针对小麦秸秆与聚乳酸(PLA)的界面相容性问题，Chen等[15]使用硅烷偶联剂和纳米TiO2协同构建了具有相容界面的PLA/小麦秸秆复合材料，从而增强了复合材料的整体性能。相比未改性的复合材料，协同改性的复合材料拉伸强度方面提高44.7%，96 h吸水率降低了17.4%，热稳定性也得到改善。另外，秸秆填料的含量、偶联剂种类和含量对WPC的性能有影响。司丹鸽[16]研究表明，在适当的秸秆粉添加量在20%以下，复合材料的表观质量和综合力学性能最佳。同时，5%的偶联剂的加入使复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高118.07%、146.72%和36.19%，并且材料相容性和耐热性也得到增强。Nyambo等[17]采用双螺杆挤出-注塑成型工艺制备绿色可再生PLA/小麦秸秆复合材料时，加入马来酸酐增容剂可以改善纤维和基体间的界面黏合，显著提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度。小麦秸秆纤维的加入还增加了复合材料的结晶度，使储能模量和损耗模量均有所提高。王哲等[18]使用熔融共混的方式以小麦秸秆纤维和PLA为原料制备复合材料，添加硅烷偶联剂可以增强纤维和基体之间的界面结合力。复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度最高分别提高了10.5%、27.1%、19.2%。同时，硅烷偶联剂还阻碍了小麦秸秆纤维表面的羟基与水反应，使得复合材料的吸水率显著降低。通过改善小麦秸秆与PLA之间的界面相容性以及纤维与基体之间的黏合强度，可以显著提高小麦秸秆基复合材料的力学性能、热学性能和耐久性。1.2稻壳稻谷加工过程中产生的稻壳是稻谷总质量的20%，然而大部分稻壳没有得到有效利用[19-20]。从结构看，水稻和小麦的纤维组织较相似，均含有纤维素、半纤维素和木质素等成分[21]。木质素为植物提供足够的强度和硬度，起抗压作用；而纤维素的含量决定纤维的强度。稻壳中木质素和纤维素含量较高，具有较好的力学性能和抗水性能[22]，稻壳可以作为WPC的增强材料。对于稻壳基WPC，添加增韧剂是增强其力学性能的良好选择。赵泊祺等[23]使用模压成型的方法制备了PLA/稻壳WPC。当玻璃纤维增韧剂含量达到20%时，复合材料的力学性能最佳，其拉伸强度达到6.16 MPa，弯曲强度达到15.41 MPa，冲击强度为144.40 kJ/m2。孙东宝等[24]通过压膜成型法制备了PLA/稻壳粉复合材料。在添加硅烷偶联剂后，复合材料的力学性能明显改善，冲击强度、弯曲强度和拉伸强度分别提高了50%、53%和65%；复合材料的接触角也达到范围最大值，具有最好的疏水性能，并且吸水率最小。雷芳等[25]使用3D打印熔融沉积成型(FDM)工艺制备了PLA/稻壳粉复合材料。结果表明：添加增韧剂聚己内酯(PCL)显著提高了复合材料的强度和韧性，冲击强度增加了15.74%，拉伸强度最高达到38.3 MPa，同时流动性明显增加，制造的板材形状均匀规则。石凌然等[26]利用模压成型的方法以稻壳与PLA为原料制备复合材料。结果表明：通过添加增韧剂CaCO3可以有效提高材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，并显著降低吸水率，其中拉伸强度可达11.73 MPa，弯曲强度为29.17 MPa。稻壳作为增强材料在WPC中具有良好的力学性能和抗水性能。通过添加增韧剂或使用偶联剂改善稻壳与PLA之间的界面相容性，可以进一步提高复合材料的性能。此外，稻壳基WPC还具有良好的疏水性能和降解性，使其在包装、室内外家具等领域有应用潜力。1.3玉米秸秆玉米秸秆作为一种常见的秸秆废弃物，产量高且分布广泛[27]。玉米秸秆纤维结构排列整齐且存在一定方向性，沿着纤维排列的方向具有良好的拉伸性能，而垂直于纤维排列的方向具有较好的抗剪切性能[28]。虽然玉米秸秆的纤维素和半纤维素含量略低于稻壳和小麦，但其木质素含量高于两者。因此，制备复合材料时，适量添加玉米秸秆粉可以提高材料的拉伸和弯曲性能[29]，使其成为WPC的优选增强材料。对于玉米秸秆基WPC，玉米秸秆纤维的尺寸和添加量将影响整体性能。张克宏等[30]研究表明：采用溶液浇铸法制备的PLA/玉米秸秆粉复合材料中，颗粒细小的秸秆粉可以更好地填充到PLA分子间的空隙中，从而提升复合材料的力学性能。同时，通过改性处理，复合材料的耐热性能、拉伸强度和抗水性能也可以得到改善。Jiang等[31]探究了玉米秸秆粉含量对PLA/玉米秸秆粉复合材料力学性能的影响。结果表明：当秸秆添加量为15%时，复合材料的抗弯强度最佳，抗拉强度最高。Qi等[32]研究表明：玉米秸秆的粒径越小，在PLA中分布越均匀，复合材料的结晶度越好，碳残留量越高，接触角越大。丁芳芳[33]研究了玉米秸秆纤维含量对玉米秸秆纤维/PLA的力学性能和降解性能的影响。结果表明：随着玉米秸秆纤维含量的增加，复合材料的降解速度加快。综合分析，针对玉米秸秆基WPC的制备，调整玉米秸秆纤维的尺寸和添加量可以改善复合材料的力学性能和其他特性，从而扩展其应用领域。通过使用秸秆代替木粉与塑料混合制备复合材料的技术已经取得了显著进展。处理后的秸秆与塑料之间的界面黏合度更高，使得制备的复合材料在力学性能、热稳定性和疏水性方面可以与传统WPC相当甚至更优。稻壳基复合材料在力学性能和抗水性能方面表现较好，可能是因为稻壳含有最高比例的纤维素和木质素。小麦秸秆基复合材料因纤维中羟基含量较高[34]，吸水率较大。而玉米秸秆基复合材料由于纤维结构光滑致密且排列整齐具有良好的疏水性能。此外，农作物秸秆和PLA都属于可生物降解的材料，因此使用两者混合制备的复合材料具有优良的可降解性，不仅绿色环保，而且能降低生产成本和能耗，促进资源的合理利用。2秸秆增强WPC的应用秸秆纤维复合材料具有质轻、优异的力学性能、防潮、防霉、吸音降噪、不易变形和使用寿命长等特点，是一种耐用且多用途的绿色环保材料[35-36]，适用于多个领域。在包装领域，秸秆基WPC可用于制作托盘和包装箱，相比普通的塑料托盘，植物纤维增强的WPC托盘具有更高抗压强度和抗击强度，不易变形，同时具有绿色环保、耐老化、耐高温和耐酸碱等特性[37]。用秸秆基WPC制造的包装箱可以替代传统胶黏剂制备的板材，具有较强的冲击强度，不易损坏[38]。在户外设施领域，秸秆基WPC具有质轻，隔热隔音[39]、防潮、防裂和防老化等特性而受到青睐。秸秆基WPC能够抵御湿度、紫外线的影响。因此，秸秆基WPC适合用于景观栈道、长椅、指示牌等户外设施[40]。孙庆辉等[41]采用热压成型方法制备稻秸秆/聚丙烯(PP)复合材料，并研究其抗老化性能和力学性能。结果表明：当添加抗氧化剂含量为0.8%和1.2%时，复合材料的防紫外线、抵御湿度以及力学性能最佳，能够满足户外景观家具的设计要求。祁睿格等[42]采用挤出成型方法制备麦秸秆/聚氯乙烯(PVC)复合材料，在添加抗老化剂后，复合材料的表面颜色和形貌更加稳定，力学性能损失明显降低，从而延长了复合材料在户外环境中的使用寿命。Quitadamo等[43]研究发现，以PVC为基体，稻壳为填料的WPC具有更好的物理机械性能、耐化学试剂性、耐老化性和外观变化性，足够满足户外铺装应用的负载、环境和耐久性要求。在建筑领域，秸秆基WPC具有一定强度、不易变形、耐老化和无毒无污染等特点[44]。目前工业制备的WPC材料可以替代传统的钢材类模板，成为新型浇筑混凝土建筑模板。WPC具有较大的强度、耐久性、耐腐蚀性和良好的保温效果，同时可回收重复利用[45-46]。Sari等[47]对玉米壳纤维(CHF)/聚酯复合材料进行水浸处理，并发现随着CHF含量的增加，复合材料的冲击强度和压缩强度增加，表明CHF复合材料可以用作建筑材料。赵明华[48]将稻壳粉与PP共混，添加改性助剂后，改善了该基材WPC建筑模板的力学性能、耐磨性和耐热性。戚豹[49]研究发现：不同种类秸秆基WPC的具有良好的力学性能，例如稻壳基WPC拉伸强度和弯曲强度分别可达27 MPa和33 MPa，冲击强度达到24 J/m2，其性能与一般胶合板材料建筑模板性能相当甚至更好，满足建筑施工对建筑模板的要求。秸秆纤维增强的复合材料在室内装饰线条、吊顶、门窗、铺装地板等方面具有许多优点，如足够的强度和刚度、抗蠕变性能、尺寸稳定、低维护成本、耐磨防水和使用寿命长等，使其成为室内装饰和家具制造材料的理想选择[44, 50]。范秀祝[51]研究发现：通过热压或挤出工艺将聚乙烯(PE)与秸秆制备成的复合材料具有较高的弹性模量，抗压和抗弯曲等性能与硬木相当，并且具有优异的防水性和防腐性，易于加工，适用于室内装饰板材和家具的制造。朱安妮[52]选取小麦秸秆为增强材料制备的WPC，发现经过表面处理的秸秆与塑料基体的结合性更好，复合材料的热稳定性和力学性能也有所提高。这种复合材料具有防潮防霉的特性，空心结构还具有缓冲吸振和隔音等功能，主要用于家具装潢。3结论将秸秆用作替代传统木粉制备WPC是解决资源浪费和环境污染问题的一种新型有效的方法。为了减少秸秆资源的浪费，选择了小麦秸秆、稻壳、玉米秸秆这三种农作物秸秆作为增强材料制备WPC，介绍了使用这三种秸秆增强的WPC的研究进展，综述了秸秆基WPC在各个领域的应用情况。然而，秸秆基WPC在实际应用中仍存在一些问题，需要进一步解决：（1）提高植物纤维的利用率，以达到农作物秸秆的最大化利用。（2）改善秸秆与塑料之间的界面相容性，提高秸秆基WPC的各项性能。（3）对秸秆基WPC性能进行优化，使其具有良好的阻燃、防霉等性能，增加秸秆基WPC的附加值。通过不断改进和创新，秸秆基WPC有潜力成为可持续发展的重要材料之一。