[发明专利]一种可完全生物降解的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，具体涉及一种可完全生物降解聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)属合成直链脂肪族聚酯，是一种在自然界可完全生物降解的人工合成聚合物。其合成单体乳酸广泛来源于农产品，降解产物为对环境无害的水和二氧化碳。聚乳酸应用在工农业及日常生活中，可解决“白色污染”问题。然而，聚乳酸本身为线性聚合物，脆性高，热变形温度低，抗冲击性差，气体阻隔性以及阻燃性不高，降解周期难以控制，这些缺点都限制了聚乳酸的进一步应用。

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，近年来天然植物纤维改性热塑性塑料的研究逐渐兴起。天然植物纤维复合材料有许多优点，比如质量轻，较好的强度和韧性，可二次利用，可生物降解等，是一种环保、经济、节能的复合材料。使用天然植物纤维改性聚合物比传统使用玻璃纤维改性聚合物节省45％的能源消耗，并且减少了二氧化碳，二氧化硫和一氧化碳的排放。天然植物纤维来源广泛，强度高，韧性好，非常适用于对耐热性较差，价格较贵的聚乳酸进行改性，制备出同样完全可生物降解的新型复合材料。

采用天然纤维作为增强材料，制备天然纤维/聚乳酸复合材料国内外已作了许多工作。K.Oksman等(Composites science and technology，2003，63：1317～1324)用亚麻作为增强材料，采用双螺杆挤出的方式制备了亚麻/聚乳酸复合材料，相对于纯的聚乳酸，复合材料的力学性能有所增加。国内，同济大学曾于2007年申请了《一种全降解天然纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法》，该专利在开炼机中将聚乳酸与天然纤维进行熔融共混，然后在平板硫化机中模压成型，制得可全降解的聚乳酸复合材料。东丽纤维研究所(中国)有限公司曾于2006年申请了《聚乳酸/天然纤维复合材料及其生产方法》，该专利采用熔融挤出造粒的方法制备了天然纤维/聚乳酸复合材料。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》，该专利采用原位聚合的方法制备天然纤维增强的聚乳酸复合材料。然而，熔融共混及造粒的生产过程过于冗长，复合材料制备及成型过程中易降解，导致其性能降低，而原位聚合的方法无法进行大规模的工业化生产，因此需要寻求一种生产工艺简单的制备可完全生物降解聚乳酸复合材料的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可完全生物降解的聚乳酸复合材料及其制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种可完全生物降解的聚乳酸复合材料，其特征在于由天然纤维、聚乳酸和偶联剂组成，其组分以重量份计如下：

天然纤维：  5～80份

聚乳酸：    5～80份

偶联剂：    0.01～5份

本发明中，所述的天然纤维长径比为5～100、或为经过粉碎的粒径为50～800目的天然纤维、或为经过编织的天然纤维，包括非木纤维、木质纤维或秸秆纤维。如苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、竹纤维、焦麻纤维、玉米秸秆、麦秸、稻草、稻糠、松木粉或杨木粉等一种或几种。

本发明中，所述天然纤维的长径比为5～100或经过粉碎的天然纤维粒径在50～800目。

本发明中，所述聚乳酸重均分子量为1×10⁵～1×10⁶。

本发明中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。包括硅烷偶联剂是γ-氨基丙基三乙基硅氧烷(KH-550)，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(SCA-602)，乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)，乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷(A-172)，β-(3、4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-186)中的一种或几种。

本发明中，所制的的复合材料为中部为天然纤维，两侧为聚乳酸的层状结构。

本发明所述的可完全降解聚乳酸复合材料的制备方法，通过对天然纤维的表面进行改性，提高了聚乳酸与天然纤维的相容性。首先制备改性的天然纤维，然后将天然纤维与聚乳酸进行层压复合，得到所需的可完全降解的聚乳酸复合材料。

本发明具体方法如下：

(1)以重量份计，取天然纤维5～80份，浸渍于浓度为0.01～5wt％的偶联剂水溶液中1～100分钟，取出，在50～150℃干燥1～48小时，得到经过表面改性的天然纤维；