[发明专利]一种基于柠檬酸改性的植物纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于柠檬酸改性的植物纤维复合材料及其制备方法，涉及聚合物改性的技术领域，按质量份数计，所述复合材料的组分包括：聚丁二酸丁二醇酯50～100份和植物纤维1～40份，所述植物纤维为利用柠檬酸溶液处理后的改性植物纤维。本发明通过酯化反应取代了植物纤维表面的羟基引入了大量的羧基，羧基与PBS上的羰基形成氢键，增强了二者的粘结强度，复合材料的力学性能得到了有效的提升，其亲水性则明显降低。本发明制备工艺简单、原料成本低，且改性植物纤维与聚合物相容性好，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及聚合物改性的技术领域，具体为一种基于柠檬酸改性的植物纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

随着公众对能源危机和环境问题的日益关注，绿色环保型材料的研发和使用开始逐步增加，尤其在复合材料领域，使用天然的植物纤维复合材料取代传统的人造纤维复合材料已然成为公众关注的热点。

与其他合成纤维如玻璃纤维或碳纤维相比，天然的植物纤维具有性价比高、利用率高、比重低、比阻高、硬度高、可再生、可生物降解、生产能耗小、二氧化碳排放低、加工方法简单环保等优点。目前主要的天然纤维来源有木材、竹材、苎麻、黄麻、亚麻、洋麻、剑麻等。其中苎麻纤维不仅资源丰富，还具有良好的力学性能。然而，天然纤维在合成聚合物复合材料时面临着诸多问题。其中一个重要问题是：天然纤维具有亲水特性，而聚合物基体则具有疏水特性。这导致聚合物复合材料性能不佳，因此限制了它们的应用。

目前利用植物纤维制备复合材料时，一般选择竹纤维、大麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、棉纤维、洋麻纤维或黄麻纤维等，其中苎麻纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，三者含量占纤维干重的80％～92％，因而苎麻纤维中含有大量的亲水基团。当复合材料暴露在变化的湿度和温度等环境条件下，容易因吸湿现象而导致孔隙和填料周围发生溶解和膨胀，并吸附在微裂纹和空洞中，进而影响力学性能。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与大多数的可降解热塑性聚合物一样缺乏反应性侧链基团，且属于非极性聚合物。因此，为获得性能优良的植物纤维/聚合物复合材料，可通过对二者间的界面进行处理来提升纤维与聚合物之间的界面相容性。

目前关于苎麻纤维填充生物降解树脂方面的研究不多。CN106893268 A专利中，公开了一种苎麻纤维改性苯二甲酸丁二酯复合材料及其制备方法，即先在碱液改性的苎麻纤维与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯混合物中加入润滑剂和热稳定剂等，再使用高速共混机进行混合，制得苎麻纤维改性的苯二甲酸丁二酯复合材料。CN107804061 A专利中，公开了一种聚乳酸基苎麻增强材料的制备方法，使用模压成型工艺分别制备了未处理的苎麻纤维和碱处理的苎麻纤维复合材料，并对比拉伸和弯曲性能，发现碱处理的苎麻纤维增强复合材料可有效改善苎麻纤维和聚乳酸之间的界面相容性。上述专利在改善聚合物复合材料的性能方面都有显著效果，但是使用碱溶液会使纤维结晶度下降，导致纤维的热稳定性降低，同时这些专利并未对于复合材料的吸水性进行说明。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种基于柠檬酸改性的植物纤维复合材料及其制备方法，以解决植物纤维在制备复合材料时存在的技术问题，用以增强复合材料力学性能的前提下改善材料的吸水性能。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种基于柠檬酸改性的植物纤维复合材料，按质量份数计，所述复合材料的组分包括：

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)50～100份；

植物纤维1～40份；

所述植物纤维为利用柠檬酸溶液处理后的改性植物纤维。

作为本发明的进一步优化方案，所述植物纤维选择竹纤维、大麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、棉纤维、洋麻纤维或黄麻纤维中的一种或多种，进一步优选地，所述植物纤维为苎麻纤维。

作为本发明的进一步优化方案，所述植物纤维的长度为10～100mm。