一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材及其製備方法與流程

2023-10-09 07:06:19 1

本發明涉及竹塑材料技術領域，尤其涉及一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材及其製備方法。

背景技術：

櫥櫃是日常家居中十分常見的一類儲物家具，也是家居建材中市場十分廣泛的材料，隨著消費者年齡階段的需求性的變化，對櫥櫃的要求不再僅僅是結實耐用，產品的環保性、質感等等也逐漸成為消費者關注的焦點，同時合理利用資源，實現產業的可持續性發展也是生產業的發展方向。

櫥櫃板材是櫥櫃組件中極為重要的一環，直接影響到消費者購買選擇，目前櫥櫃板材主要有實木板、刨花板、密度板等等，其中實木板價格昂貴，需經常維護保養，且耐水性不足；刨花板雖然成本低，但是其強度低，甲醛含量高；密度板主要是將木材等浸泡後打碎高壓壓制而成，綜合性能較為優異，但是其質量仍待提高，且使用木材等不可再生資源。

竹纖維具有長徑比大、比強度高、比表面積大、價廉、可再生等等優點，可將其用於增強聚合物基複合材料，在產業可持續發展趨勢下，將是一種具有廣闊應用前景的綠色材料，尤其是在櫥櫃生產方面，竹纖維材料獨有的優點可以改善傳統櫥櫃產品的使用體驗，改善人們的家居體驗。生產竹纖維增強聚合物基複合材料的首要重點是對竹纖維進行改性處理，提高其與聚合物樹脂體的相容性，以獲得綜合性能優良的產品。《竹纖維的表面能分析及其增強PP複合材料的力學性能》一文以PP為例，對竹纖維進行鹼處理-矽烷偶聯劑處理後與PP複合熱壓成型，這種方法處理得到的竹纖維雖然與PP的相容浸潤性得到提高，但是高濃度的鹼溶液會對纖維造成損傷，破壞材料的力學強度，達不到令人滿意的增強效果。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材及其製備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材，該竹塑板材由以下重量份的原料製成：改性竹纖維50-60、聚乳酸20-30、硬脂酸鎂1-2、高密度聚乙烯10-15、矽酮粉4-5、馬來酸酐接枝聚乙烯3-5、氫化蓖麻油1-2、抗氧劑0.1-0.2、木質素磺酸鈉0.4-0.5、離子液體5-8、甲基丙烯酸鋅1-2。

所述的改性竹纖維的製備方法為：先將竹纖維投入濃度為5%的氫氧化鈉溶液浸泡處理30-40min，隨後經過濾、水洗至中性後完全乾燥，所得產物投入濃度為1-5%的鈦酸酯偶聯劑/乙醇溶液混合浸泡處理2-5h，處理結束後過濾，所得物料烘乾，再將其投入濃度為1-5%的聚乙烯亞胺水溶液中，加熱至80-90℃，密閉反應10-15h，反應結束後過濾，所得物料水洗2-3次後烘乾，即得所述的改性竹纖維，其中竹纖維與氫氧化鈉溶液、鈦酸酯偶聯劑/乙醇溶液、聚乙烯亞胺水溶液的浴比為1:10-20:5-10:10-15。

所述的竹纖維長度為40-50mm，直徑為50-100μm。

所述的一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材的製備方法為：

（1）先將聚乳酸、高密度聚乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、離子液體以及除改性竹纖維外的其它剩餘物料混合均勻後熔融紡絲，製成長度為50-80mm，直徑為50-100μm的複合纖維備用；

（2）將改性竹纖維與步驟（1）製備的複合纖維分別開松後混合在一起後再開松2-3次，隨後通過梳理、針刺工藝製成複合纖維氈，將所得的纖維氈平行層鋪，在160-180℃溫度下、20-30MPa壓力下熱壓處理15-30min，即得所述板材。

本發明的優點是：

（1）將竹纖維先利用傳統的鹼處理方法進行處理，除去其表面雜質，提高其表面的基團的反應活性，隨後在鈦酸酯偶聯劑和聚乙烯亞胺共同作用下，在竹纖維表面偶聯接枝，提高了竹纖維的強度和與樹脂材料的相容性，改善了傳統鹼處理方法對竹纖維強度的缺陷。

（2）以聚乳酸、高密度聚乙烯混合作為樹脂基料，同時加入馬來酸酐接枝聚乙烯作為相容劑，佐以離子液體、矽酮粉等物料，製得了具有優良複合性能的複合纖維，這種複合纖維生物活性高，無毒環保，彈性佳。

綜上，以本發明配方和工藝製備得到的複合板材將竹纖維高效的引入樹脂材料中，獲得了較高的竹塑比，生產成本得到有效控制，複合板材力學性能佳，回彈性好，可循環利用，抗菌防黴，改善居家環境，在製作環保櫥櫃方面具有良好的應用前景。

具體實施方式

一種改性竹纖維增強聚乳酸生物基櫥櫃板材，該竹塑板材由以下重量份的原料製成：改性竹纖維50、聚乳酸20、硬脂酸鎂1、高密度聚乙烯10、矽酮粉4、馬來酸酐接枝聚乙烯3、氫化蓖麻油1、抗氧劑0.1、木質素磺酸鈉0.4、離子液體5、甲基丙烯酸鋅1。

其中改性竹纖維的製備方法為：先將竹纖維投入濃度為5%的氫氧化鈉溶液浸泡處理30min，隨後經過濾、水洗至中性後完全乾燥，所得產物投入濃度為1%的鈦酸酯偶聯劑/乙醇溶液混合浸泡處理2h，處理結束後過濾，所得物料烘乾，再將其投入濃度為1%的聚乙烯亞胺水溶液中，加熱至80℃，密閉反應10h，反應結束後過濾，所得物料水洗2次後烘乾，即得所述的改性竹纖維，其中竹纖維與氫氧化鈉溶液、鈦酸酯偶聯劑/乙醇溶液、聚乙烯亞胺水溶液的浴比為1:10:5:10。

其中竹纖維長度為40mm，直徑為50μm。

該竹纖維板材的製備方法為：

（1）先將聚乳酸、高密度聚乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、離子液體以及除改性竹纖維外的其它剩餘物料混合均勻後熔融紡絲，製成長度為50mm，直徑為50μm的複合纖維備用；

（2）將改性竹纖維與步驟（1）製備的複合纖維分別開松後混合在一起後再開松2次，隨後通過梳理、針刺工藝製成複合纖維氈，將所得的纖維氈平行層鋪，在160℃溫度下、20MPa壓力下熱壓處理30min，製成標準試樣。

對上述製備得到的標準試樣進行性能測試，測試結果為：

拉伸強度：56.2MPa；拉伸模量：0.38GPa；抗彎強度：38.8MPa；彎曲模量：0.52GPa；斷裂伸長率：3.8%；老化2000h後彎曲破壞載荷保留率：98%。