[发明专利]耐热型二元纤维/聚乳酸基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，具体涉及一种耐热型二元纤维/聚乳酸基复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)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。在众多的可降解高分子材料中，从力学性能，加工性能及成本方面考虑，聚乳酸是最优的。然而，聚乳酸本身为线性聚合物，玻璃化转变温度较低(约60℃)、脆性高、热变形温度低、生产成本较高等缺点，尤其是聚乳酸较差的耐热性及脆性极大的限制了聚乳酸在应用范围。因此，人们迫切需要一种耐热性高、韧性好聚乳酸材料。这也促使人们对聚乳酸材料的改性展开深入的研究。

纤维增强能明显的提高高分子材料的强度，已经得到工业广泛应用。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。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。碳纤维及玻璃纤维增强高分子材料具有高比强度、高比模、耐高温、高比模、耐高温、耐疲劳、抗蠕变等一系列优异性能，它们既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，是一种功能结构材料。目前，它已广泛用于航空、航天、能源、交通、石油、化工、纺织机械、建筑材料、环境工程、电子工程、医疗器械、文体器材和劳动保护等领域。国外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提高。天然纤维增强高分子材料的研究已经广泛开展，但与碳纤维及玻璃纤维相比，其增强效果还不甚理想，热性能提高不明显，限制了天然纤维增强高分子材料的广泛应用。国内浙江大学申请中国专利(CN100391551、CN101054464)采用碳纤维增强聚乳酸/羟基磷灰石复合材料，所得复合材料具有较好的力学性能。虽然碳纤维及玻璃纤维增强高分子材料具有优异的性能，但其高昂的成本限制了其在价格较贵的聚乳酸改性领域中的广泛应用。

由于对耐热型聚乳酸的强烈的需求，国内外众多的研究报道来提高聚乳酸的耐热型。中国专利申请(CN99119411)通过聚乳酸和脂肪族或脂肪族碳酸脂之间的共聚反应来提高其耐热性及其他性能。中国专利申请(200710071359.8)通过等温结晶的方法来提高聚乳酸的结晶度，从而改善聚乳酸的耐热性。中国专利申请(CN03149911.2)通过加入无机填料如：云母粉、滑石粉、蒙脱土等片状微粉改善聚乳酸耐热性，片状微粉比粒状填料更有利于提高聚乳酸的耐热性。中国专利(CN02813024.3)通过加入成核剂如：金属有机磷酸盐、苄叉基山梨醇衍生物等，以提高聚乳酸的结晶度和结晶速度，从而改善其耐热性能。中国专利申请(200810050603.7)通过加入交联剂，并在钴源辐射条件下获得交联型耐热聚乳酸树脂。尽管上述方法可以改善聚乳酸的耐热性，但存在提高幅度有限、加工方法复杂，不宜工业化生产等不足。

发明内容

本发明的目的之一在于克服单一纤维组分聚乳酸复合材料中存在的缺陷，通过采用二元纤维实现不同组分之间的优势互补，满足单一组分所不具备的性能，获得具有高耐热性、较好力学强度及低成本的纤维增强聚乳酸复合材料。

本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法。

一种耐热型二元纤维/聚乳酸基复合材料，其特征在于该复合材料的组成和质量百分比含量为：

聚乳酸      50～95％    改性天然纤维    5～50％

热稳定剂    0.1～2％    改性无机纤维    1～20％

润滑剂      0.1～2份；

以上各组分的质量百分比之和为100％。

上述改性然纤维的具体改性方法为：

a.将天然纤维放入5g/ml的氢氧化钠溶液中，煮沸1～3小时。处理完成后，用去离子水洗涤至PH为7，而后于80℃～120℃烘箱中干燥8～24小时，备用。

b.将上述处理后的天然纤维加入含有0.1～2份硅烷偶联剂，70～90份无水乙醇，1～2份0.1mol/L的盐酸和10～30份去离子水的混合液中，超声分散2～4小时，后用去离子水清洗，于80℃～120℃的烘箱中干燥12～24小时。