一種天然植物纖維增強澱粉基複合材料及其製備方法

2023-05-18 02:21:36 1

專利名稱：一種天然植物纖維增強澱粉基複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料技術領域，具體涉及一種可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料及其製備方法
背景技術：
合成纖維增強樹脂基複合材料以其特有的質輕，強度高等優良特性在許多領域得到廣泛的應用，其中最大量生產、最廣泛使用的是玻璃纖維增強塑料，但是玻璃纖維增強塑料焚燒時會產生大量玻璃殘渣，無法用適應環境的處理方法分解，而且在加工該種複合材料時產生的玻璃粉塵可能引起加工業者過敏或患上皮膚炎症。近年來，面對著石油等不可再生資源的日益減少，能源危機及環境協調性等一系列問題，採用天然植物纖維替代合成纖維作為複合材料中的增強材料越來越引起人們的重視，但由於作為基體的一般樹脂難以自然降解，因此一般的植物纖維增強樹脂複合材料實際上未能達到自然完全降解的目的， 仍對環境造成威脅。澱粉作為碳水化合物在綠色植物中的儲藏形式，是一種重要的可再生的和可生物降解的天然資源，在食品工業上和其他各種實際應用中非常重要，使用量大。澱粉來源豐富價格低廉，但由於澱粉基共混材料吸水性強，不能長時間穩定使用，同時其機械性能和加工性很差，這些缺點阻礙了澱粉基材料的廣泛應用。

發明內容
針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料。本發明採用天然植物纖維、澱粉通過表面接枝聚乳酸增容， 與脂肪族聚酯共混複合而成，從而在植物纖維與脂肪族聚酯間形成牢固結合層。本發明的材料具有優良的力學性能，同時兼具耐酸耐鹼耐水性，成本低廉，應用範圍廣，且可完全自然生物降解。本發明的另一個目的是提供上述可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，該方法工藝簡單。本發明的技術方案如下本發明提供了一種可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料，該複合材料包括以下組分天然植物纖維10_60wt%澱粉10-25wt%脂肪族聚酯20-50Wt%澱粉增容劑10_20wt%所述的天然植物纖維選自劍麻纖維、甘蔗渣、薴麻纖維或木纖維等中的一種。所述的澱粉選自玉米澱粉、木薯澱粉或馬鈴薯澱粉中的一種；其中澱粉結構包括支鏈澱粉和直鏈澱粉，澱粉不需除水處理。所述的脂肪族聚酯選自聚ε -己內酯、聚丙交脂或聚碳酸亞丙脂中的一種。
所述的澱粉增容劑為表面接枝聚乳酸，接枝率為10-70wt%。本發明還提供了一種上述可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，該方法包括以下步驟將10_60wt% (重量百分比)植物纖維粉碎，通過鹼溶液處理，乾燥，同10_25wt% (重量百分比)澱粉、20-50wt% (重量百分比)脂肪族聚酯和10-20wt% (重量百分比)澱粉增容劑一起加入預熱的密煉機中，混合得到共混型天然植物纖維增強澱粉基複合材料， 進行壓片。所述的植物纖維粉碎是指用粉碎機粉碎成粒度在20-100目或長度在0. 05_4mm的纖維。所述的鹼溶液是指2 %的NaOH溶液。所述的乾燥是指用烘箱在溫度100-130°C，時間lh-1. 5h烘乾至水分在2%以下。所述的預熱的密煉機其預熱溫度為120-200°C，密煉機轉速為120-200r/m。所述的混合時間為5-20min，優選10_15min。本發明同現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、本發明採用資源豐富價格低廉的天然植物纖維為增強材料，以可降解的澱粉基脂肪族聚酯為複合材料基體，經熔融共混製備複合材料。在表面接枝聚乳酸為增容劑的作用下，親水性的澱粉和纖維素同憎水性的脂肪族聚酯之間的界面張力減小，三者的相容性提高，複合材料體系混合均勻。2、本發明方法工藝簡單，製得的材料使用範圍廣，具有較高的強度和模量，可塑性和可加工型，並且天然植物纖維和基體材料都可降解，從而所得的複合材料最終可以自然降解，為解決白色汙染和石油短缺問題提供一種有效途徑，為一種新型的可持續發展的複合材料。3、本發明的材料具有優良的力學性能，同時兼具耐酸耐鹼耐水性，生產工藝簡單， 成本低廉，應用範圍廣，且可完全自然生物降解。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例1一種由薴麻纖維/玉米澱粉/聚碳酸亞丙脂製備的板材。將20wt%薴麻纖維用粉碎機粉碎成纖維後，通過曬網分離出60-80目的纖維，通過2 %的NaOH溶液處理，溶解天然植物纖維中部分果膠、木質素和半纖維素，不改變主體纖維素的化學結構，而使微纖旋轉角減小，分子取向提高，提高微纖的斷裂強度。用烘箱在 120°C下烘乾1. 5h至水分低於2%。將處理完的纖維與30Wt%玉米澱粉、40Wt%聚碳酸亞丙脂、10wt%表面接枝聚乳酸(接枝率為50%)放入加熱中的密煉機中混合製備複合材料， 密煉機加熱溫度120°C，轉速120r/m，加熱時間lOmin。所得的複合材料用平板硫化機壓片， 按IS0527-2的標準制樣進行力學性能測試。性能見表1。實施例2一種由劍麻纖維/馬鈴薯澱粉/聚碳酸亞丙脂製備的板材。將40wt%劍麻纖維用粉碎機粉碎成纖維後，通過曬網分離出50目的纖維，通過2%的NaOH溶液處理，溶解天然植物纖維中部分果膠、木質素和半纖維素，不改變主體纖維素的化學結構，而使微纖旋轉角減小，分子取向提高，提高微纖的斷裂強度。用烘箱在120°C 下烘乾1. 至水分低於2%。將處理完的纖維與20wt%馬鈴薯澱粉、30wt%聚碳酸亞丙脂、 10wt%表面接枝聚乳酸(接枝率為50% )放入加熱中的密煉機中混合製備複合材料，密煉機加熱溫度150°C，轉速150r/m，加熱時間lOmin。所得的複合材料用平板硫化機壓片，按 IS0527-2的標準制樣進行力學性能測試。性能見表1。實施例3一種由木纖維/木薯澱粉/聚碳酸亞丙脂製備的板材。將50wt%木纖維用粉碎機粉碎成纖維後，通過曬網分離出100目的纖維，通過2% 的NaOH溶液處理，溶解天然植物纖維中部分果膠、木質素和半纖維素，不改變主體纖維素的化學結構，而使微纖旋轉角減小，分子取向提高，提高微纖的斷裂強度。用烘箱在120°C 下烘乾1. 5h至水分低於2%。將處理完的纖維與20wt%木薯澱粉、20wt%聚碳酸亞丙脂、 10wt%表面接枝聚乳酸(接枝率為50% )放入加熱中的密煉機中混合製備複合材料，密煉機加熱溫度180°C，轉速180r/m，加熱時間lOmin。所得的複合材料用平板硫化機壓片，按 IS0527-2的標準制樣進行力學性能測試。性能見表1。實施例4—種由薴麻纖維/玉米澱粉/聚碳酸亞丙脂製備的板材。將20wt%薴麻纖維用粉碎機粉碎成纖維後，通過曬網分離出100目的纖維，通過 2%的NaOH溶液鹼處理，溶解天然植物纖維中部分果膠、木質素和半纖維素，不改變主體纖維素的化學結構，而使微纖旋轉角減小，分子取向提高，提高微纖的斷裂強度。用烘箱在 120°C下烘乾1. 5h至水分低於2%。將處理完的纖維與20Wt%玉米澱粉、50Wt%聚碳酸亞丙脂、10wt%表面接枝聚乳酸(接枝率為50%)放入加熱中的密煉機中混合製備複合材料， 密煉機加熱溫度200°C，轉速200r/m，加熱時間lOmin。所得的複合材料用平板硫化機壓片， 按IS0527-2的標準制樣進行力學性能測試。性能見表1。通過表1數據可看出，本發明具有比強度高，成本低的特點，同時具有優良的可塑性、可加工型、耐酸、耐鹼、耐水性，而且可以完全自然生物降解，是一種性能優異，環境友好，附加值高，應用範圍廣，市場前景廣闊的新材料。表 權利要求
1.一種天然植物纖維增強澱粉基複合材料，其特徵在於該複合材料包括以下組分，天然植物纖維 10_60wt%澱粉10-25wt%脂肪族聚酯20-50wt%澱粉增容劑10-20wt%
2.根據權利要求1所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料，其特徵在於所述的天然植物纖維選自劍麻纖維、甘蔗渣、薴麻纖維或木纖維中的一種。
3.根據權利要求1所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料，其特徵在於所述的澱粉選自玉米澱粉、木薯澱粉或馬鈴薯澱粉中的一種；其中澱粉結構包括支鏈澱粉和直鏈澱粉。
4.根據權利要求1所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料，其特徵在於所述的脂肪族聚酯選自聚ε -己內酯、聚丙交脂或聚碳酸亞丙脂中的一種。
5.根據權利要求1所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料，其特徵在於所述的澱粉增容劑為表面接枝聚乳酸，接枝率為10-70wt%。
6.權利要求1至5中任一所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，其特徵在於該方法包括以下步驟，將10-60wt%植物纖維粉碎，通過鹼溶液處理，乾燥，同 10-25wt%澱粉、20-50wt%脂肪族聚酯和10-20wt%澱粉增容劑一起加入預熱的密煉機中， 混合得到共混型天然植物纖維增強澱粉基複合材料，進行壓片。
7.根據權利要求6所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，其特徵在於所述的植物纖維粉碎是指用粉碎機粉碎成粒度在20-100目或長度在0. 05-4mm的纖維； 所述的鹼溶液是指2%的NaOH溶液。
8.根據權利要求6所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，其特徵在於所述的乾燥是指用烘箱在溫度100-130°C，時間Ih-L釙烘乾至水分在2%以下。
9.根據權利要求6所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，其特徵在於所述的預熱的密煉機其預熱溫度為120-200°C，密煉機轉速為120-200r/m。
10.根據權利要求6所述的天然植物纖維增強澱粉基複合材料的製備方法，其特徵在於所述的混合時間為5-20min。
全文摘要
本發明公開了一種可完全生物降解的天然植物纖維增強澱粉基複合材料及其製備方法，屬於高分子材料技術領域。本發明的複合材料包括以下組分10-60wt％的天然植物纖維，10-25wt％的澱粉，20-50wt％的脂肪族聚酯，10-20wt％的澱粉增容劑。該複合材料的製備方法是將10-60wt％植物纖維粉碎，通過鹼溶液處理，乾燥，同10-25wt％澱粉、20-50wt％脂肪族聚酯和10-20wt％澱粉增容劑一起加入預熱的密煉機中，混合得到共混型天然植物纖維增強澱粉基複合材料，進行壓片。本發明的複合材料具有優良的可塑性、可加工型、耐酸、耐鹼、耐水且具有較高的強度及模量，而且可以完全自然生物降解。
文檔編號C08L69/00GK102477170SQ20101056463
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者劉舒嘉 申請人:上海傑事傑新材料(集團)股份有限公司