[发明专利]一种可降解的高粱壳微粉/聚乳酸复合改性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种可降解的高粱壳微粉/聚乳酸复合改性材料及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的逐渐提高，对资源的需求也不断增加。而不可再生的石油资源消耗量更是惊人，废弃高分子物质造成的“白色污染”对人类生活环境带来了相当大的危害，在一定程度上影响了人类衣食住行。开发可降解的复合材料可减少塑料行业对有限石油资源的依赖程度，是减少“白色污染”、保护生态环境和寻找新型材料的有效途径，同时可以缓解不可降解塑料制品引发的多种环境污染问题。

聚乳酸(PLA)是一种寻常的绿色可再生资源，高中化学竞赛中便出现过由“废”聚乳酸餐盒制备乳酸钙的相关内容；聚乳酸具有良好的可生物降解性以及生物相容性，但同时其质地较脆且软化点较低，增韧是当前的研究热点之一。

天然纤维增强聚乳酸基复合材料是一种可替代石油基复合材料的新型资源，其具有可生物降解性、环保、重量轻、价格便宜，并表现出良好的物理和力学性能，比如高的比强度、比模量、低密度和较高的加工灵活性。CN 105968864 A中公开了一种花生壳植物纤维合成树脂，以花生壳粉、聚阴离子纤维素、褐藻胶、脂肪族聚碳酸酯、木薯淀粉和甘油等为原料，制备出的产品具有耐冷冻、耐高温、高密度、高强度、光滑，无毒、使用寿命长等特性；CN 107033567 A中公开了一种花生壳粉填充聚丙烯聚乳酸复合材料及其制备方法，该发明以花生壳粉、聚丙烯、聚乳酸、聚酮树脂、相容剂、抗氧剂、偶联剂和加工助剂制备而成，虽然添加了相容剂，但仅仅增加了聚丙烯和聚乳酸之间的相容性；需单独采用偶联剂改善花生壳粉和树脂的相容性，且共混时容易导致复合材料的相分离，且制备出的力学性能较差；不宜后期材料的加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型改性纳米高粱壳粉与聚乳酸复合制备的材料，该材料不仅具有优异的降解性能，改性后的纳米高粱壳与聚乳酸等原料之间相容性好，而且制备出材料力学性能优异，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均有较大提高。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种可降解的高粱壳微粉/聚乳酸复合改性材料，按重量份数计算，由60-68份改性纳米高粱壳粉、45-48份聚乳酸、22-25份改性聚乳酸、3-5份硅酸镁锂组成；

所述改性纳米高粱壳粉由以下制备方法制备：

1）氧化脱色：将高粱壳粉粉碎至粒径小于20微米，然后置于3%wt的双氧水溶液中室温搅拌脱色30min，过滤，洗涤至滤液至不再具有氧化性（淀粉碘化钾试纸检测），烘干得类白色脱色高粱壳颗粒；

2）接枝化改性：将100g脱色高粱壳颗粒置于1L pH=9-10的氢氧化钠水溶液中，搅拌均匀50℃溶胀20min；降温至15-20℃转入高压均质器内首先均质10min，滴入20-50ml 20%wt的硫脲水溶液，滴加结束后再次均质20min；均质结束后调节体系pH=7-8得均质液；将均质液转入搅拌釜中，向均质液中加入5g 辛酸亚锡，升温至80℃，然后加入15-20g N-(三甲基硅烷基)-N-乙烯基甲酰胺于80℃下保温反应2h，趁热过滤，然后经乙醇和氮氮二甲基甲酰胺混合溶液超声分散2h过滤烘干得改性纳米高粱壳粉；

所述改性聚乳酸由以下制备方法制备：将聚乳酸与己二酸/新戊二醇/偏苯三酸酐共聚物混合均匀后，熔融共混，最后粉碎至粒径小于20微米得改性聚乳酸。本发明中加入的己二酸/新戊二醇/偏苯三酸酐共聚物一方面可以增加聚乳酸和改性聚乳酸的界面相容性，另一方面，试验表明采取改性聚乳酸替代部分聚乳酸可以提高聚乳酸和改性聚乳酸与改性纳米高粱壳粉的相容性，从而提高了材料最终的力学性能。

本发明在改性过程中首先采用弱碱pH=9-10氢氧化钠水溶液起到预脱除高粱壳中的部分胶体的作用；

本发明试验过程中若直接将脱胶后的高粱壳与N-(三甲基硅烷基)-N-乙烯基甲酰胺进行接枝反应会出现N-(三甲基硅烷基)-N-乙烯基甲酰胺接枝率不高，仅为20%左右（通过检测滤液中N-(三甲基硅烷基)-N-乙烯基甲酰胺单体的残留量来判断接枝率大小）；硫脲是一种三个端点均为富电子基团结构的小分子化合物，可以进入到高粱壳中纤维素、半纤维素通过分子间氢键作用，当脱胶处理后的高粱壳与N-(三甲基硅烷基)-N-乙烯基甲酰胺接枝前通过硫脲处理后，其接枝率可提高到70%左右；但是由于脱胶后的高粱壳处于高温碱性体系中，硫脲在此环境下极其不稳定，所以为了解决这一难题本发明通过低温、高压均质使硫脲快速与高粱壳相互作用，通过高压均质能使硫脲与高粱壳在最短时间内相互作用并分散均匀，低温抑制了硫脲的部分降解；