[发明专利]一种植物木粉/蒙脱土填充的高性能全生物降解聚乳酸复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种植物木粉/蒙脱土填充的高性能全生物降解聚乳酸复合材料的制备方法。按照以下步骤完成：1、植物木粉需经过尿素溶胀、酶解预处理；2、预处理后的植物木粉与有机改性的蒙脱土进行球磨分散；3、分散良好的木粉/蒙脱土填料，通过密炼机或转矩流变仪，以PBAT和PBAT‑co‑PLA为树脂基体，制备填料母粒；4、通过双螺杆熔融共混，制备聚乳酸复合材料，由包含以下重量份的组成进行制备：聚乳酸、PBAT、PBAT‑co‑PLA、木粉/蒙脱土填料母粒、扩链活化剂、润滑剂、抗氧剂。本发明具有较好韧性和强度，可促进天然木粉在生物降解塑料领域的应用，特别是市场需求较大的家居内饰、汽车内饰、园林建筑结构材料以及增材制造等方面的应用。

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料制备领域，具体涉及一种植物木粉/蒙脱土填充的高性能全生物降解聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

高分子材料质量较轻、容易加工成型且柔韧性较好，近年来在各种领域得到了广泛的应用，市场需求和用量日益增加。然而，传统的高分子材料由于对石油资源的过分依赖，且使用废弃后带来环境污染问题，面临巨大挑战。在当今环境保护和资源可持续利用的发展背景下，如何有效利用可再生资源，开发出具有绿色可生物降解性的高分子材料显得尤为重要。

聚乳酸是从植物淀粉发酵获得的乳酸聚合而成的脂肪族聚酯，其生产原料来源广泛且具有可再生性。可完全生物降解，力学强度较好，但脆性较大、韧性差，易断裂且结晶速度较慢，影响其加工成型和在实际中的应用。在现有发展起来的可降解材料中，聚乳酸成本相对较低，是目前最有市场发展前景的绿色高分子材料。

植物木质纤维是地球上最丰富的生物质资源，其本身也可完全生物降解。利用废旧木质纤维粉粹获得的木粉，开发用于制备高分子复合材料，对于缓解资源危机、能源危机、环境污染以及实现经济的可持续发展具有重要意义。然而，木粉结构中纤维表面含有大量的极性羟基官能团，与聚乳酸相容性差，易产生聚集和发生相分离。需对其进行改性处理，以提高在聚合物基体中的相容性性和分散性。同一般植物韧皮纤维相比，木粉结构中含有较多的木质素和半纤维素，与纤维素间形成牢固的空间网络结构，影响改性效果。因此，需对其进行预处理，以消除木质素和半纤维素形成的空间障碍。专利CN 106147173 B、CN108727793 A以及CN 107057389 A采用复合酶或稀的氢氧化钠溶液对植物纤维或木粉进行预处理，以提高改性效果。经预处理后的木粉，改性效果提高，但由于纤维素中多羟基形成的氢键作用，自身团聚严重，难以在后续的高分子材料加工中实现有效分散，影响聚乳酸的力学性能特别是韧性。为了提高木粉的分散效果，专利CN 108034211 A采用改性的蒙脱土悬浮液与改性的木粉混合，在高压N₂下进行分散制备聚乳酸复合材料，专利CN 108003582B和CN 110105735A采用马来酸酐接枝的聚烯烃提高木粉与聚乳酸的界面相容性。为了消弱木粉填充后对聚乳酸韧性的不利影响，专利CN 108727793 A、CN 109021519 A、CN105585830A采用SEBS、SBS、TPE以及TPU等热塑性弹性体提高聚乳酸的韧性。

发明内容

本发明的目的是为有效解决植物木粉在聚乳酸中的分散性和相容性，而提供一种植物木粉/蒙脱土填充的高性能全生物降解聚乳酸复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种植物木粉/蒙脱土填充的高性能全生物降解聚乳酸复合材料的制备方法，其制备方法具体按以下步骤完成：

(1)尿素溶胀处理：植物木粉先经过尿素溶液溶胀处理，洗涤；

(2)生物酶活化处理：溶胀后的植物木粉，经过生物表面活性剂和复合生物酶技术活化处理，洗涤干燥；

(3)改性木粉/蒙脱土混合填料的制备：将活化处理后的植物木粉与有机改性蒙脱土、硅烷偶联剂、柠檬酸类润滑分散剂，在球磨机中进行分散混合，制备初步分散、改性的植物木粉/蒙脱土混合填料；