[发明专利]一种全降解天然纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种全降解天然纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，生物降解高分子材料在生物医学和环境方面的应用显得越来越重要。其中，聚乳酸(PLA)因具有降解性能、较好的生物相容性、良好的机械性能和成型加工性能，成为应用最为广泛的生物降解高分子材料。聚乳酸塑料、纤维或薄膜应用在工农业及日常生活中，可解决“白色污染”问题，满足环保方面的要求。然而，PLA质硬、韧性较差，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形；结晶度较高，降解速度不易控制，不含反应功能基团和亲水基团，不能通过化学反应实现功能扩展。聚乳酸的这些特点极大地限制了其用途及使用效果，急需通过改性的方法使其性能得到改善。

天然纤维具有密度低、比性能高、价廉、资源丰富、可降解等优点，近年来天然纤维复合材料备受人们关注，成为全球研究的热点。其中，麻纤维由于纤维素含量高、强度高，属于高性能天然植物纤维，许多研究机构开展了对麻纤维增强复合材料的研究。天然纤维作为天然纤维的一种，我国是天然的主要产地，产量占世界的90％以上，天然纤维纤维素含量高、强度高，属于高性能天然植物纤维。可作为增强组分制备复合材料，改善聚乳酸的性能。

采用天然纤维作为增强材料，制备天然纤维增强复合材料的研究国内外的研究做了许多工作，有些已经在工业中有很好的应用。德国BASF公司采用黄麻增强聚丙烯复合材料生产轿车内饰件，吸噪音板备用轮罩，采用剑麻/聚氨酯复合材料生产轿车车门内饰板，吸噪音板。K.Oksman等(Composites science and technology，2003，63：1317～1324)用亚麻作为增强材料，聚乳酸作为基体，在双螺杆挤出机中制备复合材料。相对与纯聚乳酸，复合材料的力学性能都有所增加，他们在实验中采用三乙酸甘油酯作为增塑剂，研究了增塑剂对材料性能的影响，研究表面，增塑剂的加入明显改善了材料的抗冲性能。David等(Composites science and technology，2003，63：1287～1296)用黄麻作为增强组分，聚乳酸作为基体，采用热压法制备了复合材料，研究了加工温度对复合材料力学性能的影响，当加工温度在210℃时，加热3min，复合材料的拉伸强度提高将近1倍，可达100.5MPa。

在国内，中山大学、国防科技大学等院校也对天然植物纤维与不饱和树脂以及聚氨酯的复合进行了研究，虽然在材料力学性能、耐热性能等取得了一些突破，但其最大的缺点在于其不能完全降解。东华大学曾于2005年申请了《一种天然纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法》，该专利提到采用聚乳酸和聚己内酯作为基体，天然纤维作为增强组分，采用原位聚合制备复合材料，该专利缺点是无法进行大规模工业化生产。研制出一种性能优异的可用于力学性能和热性能要求较高的可降解材料，并设计一种工艺简单，适合工业化生产的制备方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较好的力学性能和热性能的全降解天然纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法。

本发明提供的全降解天然纤维/聚乳酸复合材料，由天然纤维、聚乳酸和偶联剂组成，其组分的重量百分比如下：

天然纤维    20～79wt％

聚乳酸      20～79wt％

偶联剂      1～5wt％。

本发明中，所述天然纤维可以采用短切天然纤维或天然长纤维。如苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、黄麻纤维、大麻纤维或竹纤维等中一种或几种。

本发明中，所述天然纤维的长径比为5～100。

本发明中，所述聚乳酸的重均分子量为1×10⁵～3×10⁵。

本发明中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。包括KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷)、KH-590(γ-硫丙基三甲氧基硅烷)、A-143(γ-氯丙基三甲氧基硅烷)、A-150(乙烯基三氯硅烷)、A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A-171(乙烯基三甲氧基硅烷)或A-172[乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷]等。

本发明还提出全降解天然纤维/聚乳酸复合材料的制备方法，通过对天然纤维的表面改性，提高天然纤维与聚乳酸界面结合程度。先制备改性天然纤维，然后将这种天然纤维与聚乳酸进行复合，得到天然纤维增强聚乳酸复合材料。具体步骤如下：