[发明专利]丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于可生物降解复合材料的制备技术领域，涉及一种利用植物纤维制备增强聚乳酸复合材料的方法，具体涉及一种丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源危机日益严重，石油价格上涨，以及环境危机带来的“白色”污染越来越严重，在各国环保领域和新能源开发领域，逐渐掀起了对可生物降解材料和可再生资源的研究热潮。植物纤维增强可生物降解复合材料，就属于其中之一。

植物纤维是天然纤维的一种，具有质轻、价廉、强度高的优势，来源于可再生的农作物，而且具有完全可生物降解的环境友好性。聚乳酸是一种可生物降解塑料，其原料来自可再生的农作物玉米、土豆等，同样具有可再生、完全可生物降解的环境友好性能。植物纤维增强聚乳酸复合材料，可降低聚乳酸制品的价格，提高聚乳酸的利用价值和扩大使用范围。而且有助于发展农业经济，实现资源可再生以及可持续发展。

目前，对于植物纤维增强聚合物基复合材料的研究，主要是通过对植物纤维或者基体材料进行改性，来改善二者界面性能方面。植物纤维接枝处理是化学表面处理的一种，如用丙烯腈聚合物接枝剑麻纤维；对剑麻进行碱处理后，接枝苯甲酰氟来改善其与PS的界面性能，类似的方法用来亚麻纤维进行接枝处理，来改善其与PE的界面性能；另外还有典型的马来酸酐接枝处理，改接枝处理方式与其他不同的是，马来酸酐单体不止在PP基体的大分子上接枝，而且在高温下可以与纤维的羟基形成共价键，从而在纤维与基体之间起到桥接作用，来改善纤维与PP基体之间的界面性能。

但是对于改善植物纤维增强可生物降解聚合物复合材料的界面性能研究，特别是用同样来自可再生原料、具有可生物降解性能的化学物质对植物纤维进行接枝处理的研究，至今鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法。本发明通过在植物纤维上接枝乳酸二聚体或者聚乳酸短链，改善植物纤维的表面极性；接枝改性后的植物纤维作为聚乳酸基复合材料的增强相，与聚乳酸基体有良好的界面性能，从而对聚乳酸起到较好的增强效果，得到具有高性能的复合材料。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）植物纤维表面预处理：将植物纤维切段，用碱液浸泡处理，水洗至中性，干燥；

（2）对植物纤维进行丙交酯接枝改性：将上述处理后的植物纤维，与丙交酯单体混合后在锌酸亚锡催化作用下，于无水、无氧条件下进行接枝反应，得到丙交酯接枝植物纤维；

（3）共混和热压成型：将步骤（2）得到的丙交酯接枝植物纤维干燥，与未接枝的植物纤维混合，得到混合植物纤维，再加入聚乳酸完全熔融，共混，得到的共混物经过热压成型，冷却定型，得到丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料。

步骤（1）中，所述植物纤维为剑麻纤维、亚麻纤维或竹纤维；所述碱液为质量浓度5~20%氢氧化钠溶液；所述浸泡处理的时间为1~4小时，温度为25~50℃；所述干燥的温度为60~100℃，时间为5~10h。

步骤（2）中，所述植物纤维与丙交酯单体的质量比为（1.5~3）:1；所述植物纤维与锌酸亚锡的质量比为（0.5~1.5）:0.004；所述接枝反应的温度为130~150℃，时间为20~40min。

步骤（3）中，所述混合植物纤维中丙交酯接枝植物纤维的质量分数为10~100%；所述共混物中混合植物纤维的质量分数为10~40%。

步骤（3）中，所述共混的方式为开炼共混、密炼共混或挤出共混，时间为4~8min；所述热压成型的温度为185~195℃；所述冷却定型的方式为充水冷压。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明的方法提高了植物纤维与聚乳酸基体之间的界面相容性能，制备的丙交酯接枝植物纤维增强聚乳酸复合材料整体性能优异，其拉伸性能、弯曲性能等力学性能有明显改善；

（2）本发明充分利用可再生植物资源，制备的复合材料具有可生物降解特性，具备优异的环境友好性；

（3）本发明制备的复合材料成本低廉，原材料来源丰富，利于大规模生产。

附图说明

图1为本发明接枝反应采用的实验装置示意图。

图2为本发明实施例1制备的丙交酯接枝剑麻纤维与未处理剑麻纤维、碱处理剑麻纤维的扫描电镜图，其中，(a)是未处理剑麻纤维，(b)是碱处理剑麻纤维，(c)是丙交酯接枝剑麻纤维。