竹粉填充生物基樹脂複合材料及其製備方法

2023-09-20 14:26:05 2

專利名稱：竹粉填充生物基樹脂複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種環保複合材料，尤其涉及一種以竹粉和生物基樹脂為原料的複合材 料，本發明還涉及竹粉填充生物基樹脂複合材料的製備方法。
背景技術：
近年來，用木材、竹材等天然植物纖維與聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等多種石油來 源塑料複合製備的複合材料，已廣泛應用在汽車內飾、建築結構、裝修裝飾等領域。對 於木材材料，木纖維、木粉都有較充分的研究和應用，取得了一定的經濟效益和社會效
益。但是，木材成材周期長(約20 30年)，且我國是一個木材資源不豐富的國家，儲量 小，產量滿足不了市場的需要，這或多或少的制約著木塑複合材料的應用和發展。相比 而言，竹材是一種生長周期快(約2 3年)，在我國竹材資源非常豐富，用途非常廣泛的 可再生植物，對環境和生態破壞少等優點。因此，隨著竹材加工行業快速發展，竹塑復 合材料必將更快，更廣泛的應用在人們的衣食住行等各個方面。
竹材的利用，大多數是先把竹材加工成竹纖維，經過一系列的處理和改性後，再與 樹脂塑料進行複合，製成相關複合材料和製品。此類的文獻較多，如公開號為CN 101003667A的中國發明專利申請，公開了一種《聚乳酸/天然纖維複合材料及其生產方 法》，又如中國發明專利ZL200410060809.X公開了一種《竹纖維的加工工藝》(授權 公告號為CN1263922C)，前者所述天然纖維未說明具體來源方式，聚乳酸也未提供分子 量大小、左旋或右旋結構(以下簡稱L或D，具體見下圖l所示)含量等信息，而且， 諸如竹纖維等材料，未經過前期處理(去除果膠、多糖、蛋白質等)，會較大程度上影響 複合材料的綜合性能；後者所述的加工工藝，是要將成品竹材砍斷、碾碎後再進行後序 處理，浪費資源且帶來了一定的環境負面效應。
而長期以來，竹材加工後大量的竹粉廢料都是採用焚燒、填埋或拋棄等方式處理， 沒有得到有效的利用。
為此，專利號為ZL200410061464.X的中國發明專利《竹纖維、竹粉、木纖維樹脂 基複合材料》(授權公告號為CN1284831C)公開了一種以竹纖維、竹粉、木纖維樹脂基 為主要原料的複合材料，並添加粘合劑(如環氧樹脂、脲醛樹脂或酚醛樹脂)、固化劑和 稀釋劑，在一定溫度和壓力條件下壓製成型，其成品外觀粗糙，材質可切割性較差且難以壓成較複雜形狀的樣品。
另外，文獻竹纖維增強聚丙烯複合材料的研究(李正紅，福建林學院學報，2005， 25(3): 179-201)給出了一種製備竹纖維增強聚丙烯複合材料的方法，該方法雖然以塑 料為基體，且採用數均長度為0.33mm的竹粉為填充劑，可改善因為竹粉長徑比太大， 物料複合時流動性差導致難以擠出或注塑加工的缺點，但聚丙烯幾乎不降解的特性，使 其在倡導"循環經濟、綠色經濟"的當今社會難顯優勢。
作為改進，公開號為CN1827700A的中國發明專利申請，公開了《一種竹粉一高 密度聚乙烯複合材料及其製備方法》，類似的還有公開號為CN1827699A、 CN1865339A 的中國發明專利申請，這些專利提供了一下竹粉在複合材料中新應用方案。

發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種綠色環保、加 工容易且性能良好的竹粉填充生物基樹脂複合材料，該複合材料利用偶聯劑以竹粉與生 物基樹脂為主要原料製得。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種竹粉填充生物基樹脂複合材料製備 方法，該方法加工容易，製備成本低廉。
本發明解決上述第一個技術問題所採用的技術方案為該竹粉填充生物基樹複合材 料，包括如下重量配比的組分
竹粉 20-60份；
生物基樹脂 40 80份；
偶聯劑 0.8~5份；
抗氧化劑 0.2~0.6份；
紫外線吸收劑 (U 0.7份。
所述的竹粉優選依次通過如下步驟製得
a、 分級工序，是將收集到的竹材料粉碎後過網篩如40-200目的，得到粒度小於 0.4mm的竹粉，得到原竹粉；
b、 蒸煮工序，是將分級後的原竹粉在蒸煮液中蒸煮，蒸煮溫度為85 10(TC，蒸煮 時間為2 3小時，蒸煮液與竹粉的質量比為5:1 7:1，蒸煮完後衝洗，晾乾；
c、 漂白工序，將晾乾後的竹粉投入到體積比1:1 2.5:1的水稀釋的雙氧水中，攪拌 2~3小時漂白；
d、 清洗工序，用水衝洗，至體系內pH在7.0 7.5之間；
e、 乾燥工序，70 95。C範圍內真空乾燥，乾燥後備用竹粉含水量小於12%。 所述的生物基樹脂是以可再生資源為原料轉化而成的一種或一種以上樹脂共混的
聚合物。這裡的可再生資源可以是穀物、豆科、棉花、秸杆及植物油、木質纖維素等。進一步，所述的聚合物為聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)或聚丁二酸丁二醇 酯(PBS)中任意一種，或是三者中任意二者的二元共混物體系，或三者的三元共混體 系，共混體系各組分比例為任意比。
對PLA，其重均分子量為6萬 16萬，L摩爾含量為42%~98%;
對PHA (結構式如下圖2)，可視為脂肪羥基酸的聚合物，既可以圖2(A)的均聚結 構存在，也可以圖2(B)的共聚結構形式存在。對圖2(A)， R為正垸基側鏈，範圍從甲基 至壬基，m為l、 2或3，但大多數情況下m為l，特別地，當R為甲基時，PHA為聚 羥基丁酸酯(PHB)，其重均分子量為9萬 23萬；對圖2 (B)， R,、 112為正烷基側鏈， 範圍從甲基至壬基，x、 m為l、 2或3，但大多數情況為l，特別地，當R,為甲基、R2 為乙基，或&為乙基、R2為甲基且x二m二 1時，PHA為聚羥基丁酸一戊酸酯(PHBV)， 其重均分子量為11萬 18萬，羥基戊酸酯摩爾含量(以下簡稱HVM)為3%~23%;
對PBS，其重均分子量為8萬 19萬。
所述的偶聯劑可以是矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑及鋁酸酯偶聯劑的一種或一種以 上。所述的抗氧化劑可以是抗氧化劑168或抗氧化劑1010的一種或兩種。所述的紫外 線吸收劑可以是UV—531、 UV—571、 UV—284的一種或一種以上。
本發明解決上述第二個技術問題所採用的技術方案為一種竹粉填充生物基樹脂復 合材料的製備方法，依次包括如下步驟
a、 將竹粉與偶聯劑進行攪拌均勻；
b、 再將上述步驟a中的產物與生物基樹脂、抗氧化劑及紫外線吸收劑捏合；
c、 將上述步驟b中的產物在雙螺杆擠出機中進行造粒，烘乾。 其中，各組分重量配比如下
竹粉 20~60份；
生物基樹脂 40~80份；
偶聯劑 0.8-5份；
抗氧化劑 0.2~0.6份；
紫外線吸收劑 0.1~0.7份。
乾燥造粒料經過注塑機、片材成型機、吹塑機或吹膜機，在不同形狀模具中成型， 得到不同形狀的竹粉-生物基樹脂複合材料成品，既可以通過注塑工藝製成結構複雜的 製品，也可通過吸塑工藝製成日常用品，更可通過熔融擠出做成板材或片材，終端產品 較靈活、廣泛，可實用性強。
生物基樹脂(PLA、 PHB、 PHBV、 PBS等)能以可再生資源如穀物、豆科、棉花、 秸杆及植物油、木質纖維素等生物質為原料，先轉化成某種化學品，再通過生物、化學 方法轉化為可熱塑加工的聚合物。近年來由於技術提高和生產成本的下降，使得生物基 樹脂越來越多的受到人們重視和親睞。雖然化石資源來源的塑料具有優越的性價比，但其迫在眉睫的資源緊缺、白色汙染及廢品處理等一系列問題，給可快速生物降解生物基 樹脂的發展帶來強大的歷史機遇。
由此，利用植物粉末與生物基樹脂進行有效的共混複合，可充分發揮樹脂與植物纖 維的各自優點，避免化石資源來源塑料的諸多問題，是拓展生物基樹脂應用鏈的有效途 徑，也是植物資源高值利用、生物基樹脂產業化發展的新模式。
與現有技術相比，本發明的優點在於通過偶聯劑把親水疏油的竹粉和親油疏水的 生物基樹脂偶聯起來，提高竹粉與生物基樹脂的界面相容性和粘結強度，可充分發揮樹 脂與植物纖維的各自優點，避免化石資源來源塑料的諸多問題，拓展了生物基樹脂應用 鏈的途徑，達到了改善複合材料的綜合性能的目的。基於複合材料的全生物質來源，環 境可消納性優越，且得到的複合材料外觀好，不翹曲，具有一定的抗拉抗彎強度，因此 可用作汽車內飾件、交通路障工具、體育用品、刀叉、 一次性餐盒、桌布、戶外花盆、 杯子及酒店日用品等。該複合材料整體能變廢為寶，且環境友好，資源得到充分利用。


圖1為聚乳酸的L、 D結構說明圖2為PHA結構簡式。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
對竹材加工機旁的原竹粉，除存在一定的雜質、尺寸不一外，本身內在的某些微量 組分(如蛋白質、脂肪、果膠等)需在複合共混前去除，所以，粉碎後需要經過以下幾歩
處理工序分級、蒸煮、漂白、清洗、乾燥。經過以上處理後，得到備用竹粉。
所述的分級工序，是將收集到的原竹粉粉碎後過40-200目網篩，初步得到粒度小 於0.4mm的竹粉；
所述的蒸煮工序，是將分級後的原竹粉在蒸煮液中蒸煮若干時間，其目的在於溶解 原竹粉中含有的果膠、蛋白質等物質。其中所述的蒸煮液為燒鹼(NaOH)的水溶液，燒鹼 的加入量是使蒸煮液的pH保持在12以上，所述的蒸煮溫度為85 10(TC，蒸煮時間為 2 3h，蒸煮液與竹粉的質量比為5:1 7:1，蒸煮完後清水衝洗2 3遍，自然晾乾；
所述的漂白工序，是將上述蒸煮後自然晾乾的竹粉進行漂白處理。具體為將晾乾 後的竹粉投入到水稀釋成體積比1:1 2.5:1的雙氧水中，攪拌2 3小時充分漂白；
所述的清洗、乾燥工序，採用本領域內公知技術進行即可，但是，清洗後要保證體 系內pH在7.3左右，乾燥後得到含水量小於12%的備用竹粉。然後將竹粉與偶聯劑進行攪拌均勻；
再將上述步驟中的產物與生物基樹脂、抗氧化劑及紫外線吸收劑捏合； 最後將產物在雙螺杆擠出機以167°C~210°C、 80rpm 120rpm條件下進行造粒，然 後在擠出機、注塑機、吹膜機、板材成型機等設備上製成不同形狀、不同尺寸、不同用 途的產品。
其中，各組分重量配比如下
竹粉 20-60份；
生物基樹脂 40 80份；
偶聯劑 0.8~5份；
抗氧化劑 0.2~0.6份；
紫外線吸收劑 0.1~0.7份。
實施例1:
將備用竹粉20份(質量份數，下同)、鈦酸酯偶聯劑(NDZ-311)0.8份進行充分攪拌 均勻，再與乾燥處理後的聚乳酸(PLA) 80份，該聚乳酸的M『11萬，L含量67。/。，質 量比1010:168為1:1的混合抗氧劑0.4份，UV-571紫外線吸收劑0.2份高速充分捏合18 分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度18(TC、螺杆轉速80rpm條件下擠出造 粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒料在注塑機中以噴嘴溫度175'C溫度工藝下 進行注塑成型，配套刀叉模具得到一次性刀叉製品。
實施例2:
將備用竹粉30份(質量份數，下同)、矽垸偶聯劑(KH-550)1.2份進行充分攪拌均勻， 再與乾燥處理後的聚羥基丁酸一戊酸酯(PHBV) 70份，該PHBV的Mw=12萬，HV% 為4%， 168抗氧劑0.3份，質量比UV-531: UV-284為1: 2的混合紫外線吸收劑0.3 份一起在高速攪拌機中充分捏合25分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中在模頭溫度 169°C、螺杆轉速110rpm條件下造粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒料在17(TC 溫度下熔融擠出，在片材成型機上以170 °C 、 llMPa熱壓，通過調節壓輥間距(0.6 3mm)， 得到厚度不同的片材，趁熱在正壓或負壓條件下將片材製成不同形狀的一次性飯盒、盤 子、花盆等使用周期短的常用產品。
實施例3:
將備用竹粉20份(質量份數，下同)、矽垸偶聯劑(KH-570)0.8份進行充分攪拌均勻， 再與乾燥處理後的聚羥基丁酸酯(PHB) 80份，該PHB的Mw=15萬，1010抗氧劑0.4 份，質量比UV-531: UV-284為1: 4的混合紫外線吸收劑0.4份一起在高速攪拌機中充 分捏合28分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中在模頭溫度175°C、螺杆轉速90rpm條件 下造粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒引入注塑機中注塑成型，噴嘴溫度180 'C， 配套花盆、刀叉等模具得到一次性花盆、刀叉等產品。實施例4:
將備用竹粉30份(質量份數，下同)、鈦酸酯偶聯劑(NDZ-311)1.5份進行充分攪拌 均勻，再與乾燥處理後的聚羥基丁酸-戊酸酯(PHBV) 70份，該PHBV的Mw=ll萬，HV% 為8%， 1010:168為1: 1的抗氧劑0.6份，UV-531紫外線吸收劑0.4份一起在高速攪拌 機中充分捏合22分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中在模頭溫度172'C、螺杆轉速110rpm 條件下造粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒料在17(TC溫度下熔融擠出，在片 材成型機上以170"C、 lOMPa熱壓，通過調節壓輥間距(0.6 3mm)，得到厚度不同的片 材，趁熱在正壓或負壓條件下將片材製成不同形狀的一次性飯盒、盤子、花盆等產品。
實施例5:
將備用竹粉50份(質量份數，下同)、鋁酸酯偶聯劑(KL-411-B)2.0份進行充分攪拌 均勻，再與乾燥處理後的聚羥基丁酸-戊酸酯(PHBV) 50份，該PHBV的Mw=18萬，HV% 為3%， 1010抗氧劑0.5份，UV-571紫外線吸收劑0.6份一起在高速攪拌機中充分捏合 30分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中在模頭溫度175t:、螺杆轉速80rpm條件下造粒， 得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒料在172'C溫度下熔融擠出，在片材成型機上以 170°C、 15MPa熱壓，通過調節壓輥間距(0.6 5mm)，得到厚度不同的片材，將板材進 行合理裁剪和拼裝後，可製得一定用途的交通路障和護欄等產品。
實施例6:
將備用竹粉20份(質量份數，下同)、複合鈦酸酯偶聯齊U(質量比 NDZ-311:NDZ-311w-l:l)1.2份進行充分攪拌均勻，再與乾燥處理後的PBS(Mw=17萬)80 份、1010抗氧劑0.5份，紫外線吸收劑0.2份一起在高速攪拌機中充分捏合30分鐘後， 趁熱倒入雙螺杆擠出機中在模頭溫度18(TC、螺杆轉速80rpm條件下造粒，得到均勻混 合粒料。下一步，將混合粒料在185'C溫度下熔融擠出，在吹膜機中按一定工藝進行吹 膜，調節牽引速度來調整膜厚(0.05 0.1mm),可得到不同厚度的膜製品，再經過印刷、 裁剪加工後可製得環境友好的食品袋、保鮮膜、垃圾袋及一次性桌布等酒店用品。
實施例7:
將備用竹粉30份(質量份數，下同)、鈦酸酯偶聯劑(NDZ-311w)1.2份進行充分攪拌 均勻，再與千燥處理後的聚乳酸(PLA) 70份，該聚乳酸的Mfl5萬，L含量55。/。，質 量比1010:168為3:1的混合抗氧劑0.4份，UV-531紫外線吸收劑0.2份高速充分捏合18 分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度200。C、螺杆轉速90rpm條件下擠出造 粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混合粒料在195r溫度下熔融擠出，在片材成型機 上以200'C、 15MPa熱壓，通過調節壓輥間距(0.6 5mm)，得到厚度不同的片材，將板 材進行合理裁剪和拼裝後，可製得一定用途的交通路障和護欄等產品。
實施例8:
將備用竹粉45份(質量份數，下同)、鈦酸酯偶聯劑(NDZ-201)1.5份進行充分攪拌均勻，再與乾燥處理後的PHBV (Mw=16萬，HV。/。為12%) 55份，1010抗氧劑0.4 份，質量比UV-531:UV-571為1:1的混合紫外線吸收劑0.4份一起在高速攪拌機中充分 捏合25分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度168°C、螺杆轉速90rpm條件 下進行造粒，得到均勻的竹粉/PHBV二元體系複合粒料。下一步，將混合粒料在17(TC 溫度下熔融擠出，在板材成型機上以170°C、 2MPa預壓3分鐘，再以170°C、 13MPa 熱壓8分鐘，最後在llMPa條件下冷壓5min成型，通過更換模具或調節模具間距(3mm llmm)，得到厚度不同的板材，該產品由於質輕、環保、節能等特點，可應用於汽車內 飾件、交通路障工具、體育用品等領域。 實施例9:
將備用竹粉50份(質量份數，下同)、鈦酸酯偶聯劑(NDZ-101)1.2份進行充分攪拌 均勻，再與乾燥處理後的PHBV (Mw=16萬，HV。/。為12%) 30份，PBS (Mw=15力') 20份及168抗氧劑0.2份，質量比UV-531:UV-571為1:3的混合紫外線吸收劑0.4份-一 起在高速攪拌機中充分捏合22分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度169"C、 螺杆轉速100rpm條件下進行造粒，得到均勻的竹粉/PHBV/PBS三元體系的複合粒料。 下一步，將混合粒料在172"C溫度下熔融擠出，在板材成型機上以175°C、 2MPa預壓3 分鐘，再以175'C、 13MPa熱壓8分鐘，最後在llMPa條件下冷壓5min成型，通過更 換模具或調節模具間距(3mm llmm)，得到厚度不同的板材，該產品由於質輕、環保、 節能等特點，可應用於汽車內飾件、交通路障工具、體育用品等領域。
實施例10:
將備用竹粉32份(質量份數，下同)、鋁酸酯偶聯劑(DL-2411-C) 1.2份進行充分 攪拌均勻，再與乾燥處理後的PHBV(Mw=13萬，HV。/。為12%)28份，PBS(Mw=15萬)25 份、PLA(Mw=15萬，L含量為85%)15份及1010抗氧劑0.6份，質量比UV-531:UV-284 為4:1混合紫外線吸收劑0.5份一起在高速攪拌機中充分捏合25分鐘後，趁熱倒入雙螺 杆擠出機中，在模頭溫度172°C、螺杆轉速105rpm條件下按一定工藝進行造粒，得到 均勻的竹粉/PHBV/PBS/PLA四元體系的複合粒料。下一步，將混合粒料在17(TC溫度下 熔融擠出，在板材成型機上以170°C、 2MPa預壓2min，再以165°C、 14MPa熱壓8分 鍾，最後在12MPa條件下冷壓5分鐘成型，通過更換模具或調節模具間距(3mm llmm)，得到厚度不同的板材，該產品由於質輕、環保、節能等特點，可應用於汽車內 飾件、交通路障工具、體育用品等領域。
實施例11:
將備用竹粉20份(質量份數，下同)、矽烷偶聯劑(KH-560)0.8份進行充分攪拌均勻， 再與乾燥處理後的PHBV (M『19萬，HV。/。為12%) 10份，聚丁二酸丁二醇酯(PBS) (Mw=17萬)70份及168抗氧劑0.3份，UV-531紫外線吸收劑0.3份一起在高速攪拌 機中充分捏合27分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度172°C 、螺杆轉速110rpm條件下進行造粒，得到均勻的竹粉/PHBV/PBS三元體系的複合粒料。下一步，將混合粒 料在175'C溫度下熔融擠出，在吹膜機中按一定工藝進行吹膜，調節牽引速度來調整膜 厚(0.05 0.1mm)，可得到不同厚度的膜製品，再經過印刷、裁剪加工後可製得環境友好 的食品袋、保鮮膜、垃圾袋及一次性桌布等酒店用品。 實施例12:
將備用竹粉30份(質量份數，下同)、鋁酸酯偶聯劑(TL-411-A)1.2份進行充分攪拌 均勻，再與乾燥處理後的聚乳酸(PLA) 30份，該聚乳酸的M『12萬，L含量75。X)，聚 丁二酸丁二醇酯(PBS) (M『17萬)40份、質量比1010:168為1:1的混合抗氧劑0.2份， UV-571紫外線吸收劑0.2份高速充分捏合20分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模 頭溫度20(TC、螺杆轉速100rpm條件下擠出造粒，得到均勻混合粒料。下一步，將混 合粒料在205'C溫度下熔融擠出，在片材成型機上以210°C、 15MPa熱壓，通過調節壓 輥間距(0.6 5mm)，得到厚度不同的片材，將板材進行合理裁剪和拼裝後，可製得一定 用途的汽車內飾件、交通路障和護欄等產品。
實施例13:
將備用竹粉20份(質量份數，下同)、矽烷偶聯劑(KH-560)0.8份進行充分攪拌均勻， 再與乾燥處理後的PHB (Mfll萬)15份，聚丁二酸丁二醇酯(PBS) (Mfl2萬)65 份及1010抗氧劑0.3份，UV-284紫外線吸收劑0.3份一起在高速攪拌機中充分捏合27 分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模頭溫度173'C、螺杆轉速80rpm條件下進行造 粒，得到均勻的竹粉/PHB/PBS三元體系的複合粒料。下一步，將混合粒料在175。C溫度 下熔融擠出，在吹膜機中按一定工藝進行吹膜，調節牽引速度來調整膜厚(0.05 0.1mm)， 可得到不同厚度的膜製品，再經過印刷、裁剪加工後可製得環境友好的食品袋、保鮮膜、 垃圾袋及一次性桌布等酒店用品。
實施例14:
將備用竹粉25份(質量份數，下同)、鋁酸酯偶聯劑(DL-2411-B) 1.2份進行充分 攪拌均勻，再與乾燥處理後的PHB(M『13萬)IO份，PBS(Mw=15萬)40份、PLA(Mw二15 萬，L含量為85%)25份及168抗氧劑0.6份，質量比UV-571:UV-284為2:1混合紫外線 吸收劑0.5份一起在高速攪拌機中充分捏合28分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模 頭溫度175°C、螺杆轉速120rpm條件下按一定工藝進行造粒，得到均勻的竹粉 /PHB/PBS/PLA四元體系的複合粒料。下一步，將混合粒料在178'C溫度下熔融擠出， 在板材成型機上以178°C、 2MPa預壓2min，再以165°C、 16MPa熱壓7分鐘，最後在 12MPa條件下冷壓5分鐘成型，通過更換模具或調節模具間距(3mm llmm)，得到厚 度不同的板材，該產品由於質輕、環保、節能等特點，可應用於汽車內飾件、交通路障 工具、體育用品等領域。
實施例15:將備用竹粉60份(質量份數，下同)、鋁酸酯偶聯劑(DL-2411-B) 4份進行充分攪 拌均勻，再與乾燥處理後的PHB(Mw^3萬)10份，PBS(Mw=15萬)10份、PLA(Mw=15 萬，L含量為85%)20份及168抗氧劑0.3份，質量比UV-571:UV-284為2:1混合紫外線 吸收劑0.7份一起在高速攪拌機中充分捏合28分鐘後，趁熱倒入雙螺杆擠出機中，在模 頭溫度175°C、螺杆轉速120卬m條件下按一定工藝進行造粒，得到均勻的竹粉 /PHB/PBS/PLA四元體系的複合粒料。下一步，將混合粒料在178'C溫度下熔融擠出， 在板材成型機上以178°C、 2MPa預壓2min，再以175°C、 16MPa熱壓7分鐘，最後在 12MPa條件下冷壓5分鐘成型，通過更換模具或調節模具間距(3mm llmm)，得到厚 度不同的板材。該產品由於質輕、環保、節能等特點，可應用於汽車內飾件、交通路障 工具、體育用品等領域。
權利要求
1、一種竹粉填充生物基樹脂複合材料，其特徵在於包括如下重量配比的組分竹粉20～60份；生物基樹脂 40～80份；偶聯劑 0.8～5份；抗氧化劑0.2～0.6份；紫外線吸收劑0.1～0.7份。
2、 根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述的竹粉依次通過如下歩驟製得a、 分級工序，是將收集到的竹材料粉碎後過網篩，得到粒度小於0.4mm的竹粉， 得到原竹粉；b、 蒸煮工序，是將分級後的原竹粉在蒸煮液中蒸煮，蒸煮溫度為85 10(TC，蒸煮 時間為2 3小時，蒸煮液與竹粉的質量比為5:1 7:1，蒸煮完後衝洗，晾乾； c、 漂白工序，將晾乾後的竹粉投入到水稀釋成體積比1:1 2.5:1的雙氧水中，攪拌 2~3小時漂白；d、 清洗工序，用水衝洗，至體系內pH在7.0-7.5之間；e、 乾燥工序，70 95'C範圍內真空乾燥，乾燥後備用竹粉含水量小於12%。
3、 根據權利要求2所述的複合材料，其特徵在於所述的蒸煮液為pH在12以上的 燒鹼溶液。
4、 根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述的生物基樹脂為從可再生資 源為原料轉化而成的一種或一種以上樹脂共混的聚合物。
5、 根據權利要求4所述的複合材料，其特徵在於所述的聚合物為聚乳酸PLA、聚 羥基脂肪酸酯PHA或聚丁二酸丁二醇酯PBS中任意一種，或是三者中任意二者的二元 共混物體系，或三者的三元共混體系，共混體系各組分比例為任意比；對PLA，其重均分子量為6萬 16萬，L摩爾含量為42%~98%;對PHA，可視為脂肪羥基酸的聚合物，它既可以結構A的均聚結構存在，也可以 結構B的共聚結構形式存在，對於結構A， R為正垸基側鏈，範圍從甲基至壬基，m 為1、 2或3，當R為甲基時，PHA為聚羥基丁酸酯PHB，其重均分子量為9萬 23萬； 對於結構B， Ri、 R2為正垸基側鏈，範圍從甲基至壬基，x、 m為l、 2或3，當R,為甲 基、R2為乙基，或&為乙基、R2為甲基，ix=m=l時，PHA為聚羥基丁酸一戊酸 酯PHBV，其重均分子量為11萬~18萬，羥基戊酸酯摩爾含量，以下簡稱HVM，為3 %~23%;竹粉生物基樹脂偶聯劑抗氧化劑`20 60份； 40~80份；`0.8~5 份；`0.2~0.6份;formula see original document page 3對PBS，其重均分子量為8萬 19萬。
6、 根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦 酸酯偶聯劑及鋁酸酯偶聯劑的所有類型、牌號中的一種或一種以上。
7、 根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述的抗氧化劑為抗氧化劑168 或抗氧化劑1010的一種或兩種。
8、 根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述的紫外線吸收劑為UV — 531、 UV—571、 UV—284的一種或一種以上。
9、 一種竹粉填充生物基樹脂複合材料製備方法，依次包括如下步驟a、 將竹粉與偶聯劑進行攪拌均勻，b、 再將上述步驟a中的產物與生物基樹脂、抗氧化劑及紫外線吸收劑捏合；c、 將上述步驟b中的產物在雙螺杆擠出機中進行造粒，烘乾， 其中，各組分重量配比如下20-60份； 40~80份；0.8 5 份；0.2~0.6份； 0.1~0.7份。
10、 根據權利要求9所述的複合材料製備方法，其特徵在於步驟a中所述的竹粉依 次通過如下步驟製得a、 分級工序，是將收集到的竹材料粉碎後過網篩，得到粒度小於0.4mm的竹粉， 得到原竹粉；b、 蒸煮工序，是將分級後的原竹粉在蒸煮液中蒸煮，蒸煮溫度為85 10(TC，蒸煮 時間為2 3小時，蒸煮液與竹粉的質量比為5:1 7:1，蒸煮完後衝洗，晾乾；c、 漂白工序，將晾乾後的竹粉投入到水稀釋成體積比1:1 2.5: l的雙氧水中，攪 拌2 3小時漂白；d、 清洗工序，用水衝洗，至體系內pH在7.0 7.5之間；竹粉生物基樹脂 偶聯劑 抗氧化劑 紫外線吸收劑e、乾燥工序，70 95'C範圍內真空乾燥，乾燥後備用竹粉含水量小於12%。
全文摘要
一種竹粉填充生物基樹脂複合材料，包括如下重量配比的組分竹粉20～60份、生物基樹脂40～80份、偶聯劑0.8～5份、抗氧化劑0.2～0.6份、紫外線吸收劑0.1～0.7份。本發明還公開了該複合材料的製備方法。與現有技術相比，本發明的優勢在於採用廢棄的竹粉為原料，通過偶聯劑把親水疏油的竹粉和親油疏水的生物基樹脂偶聯起來，提高了竹粉與生物基樹脂的界面相容性和粘結強度，該複合材料可廣泛應用於汽車內飾件、交通路障、食品袋、保鮮膜、一次性桌布、一次性飯盒、花盆、刀叉等領域。
文檔編號C08K5/56GK101602882SQ200810062198
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者洋 伍, 吳香發, 堅 周, 建 楊, 蔣志強, 群 顧, 俊 黎 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所