一種複合材料及其製備方法
2023-06-09 08:00:21 1
專利名稱：：一種複合材料及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於高分子材料領域，公開了一種聚乳酸與秸稈纖維複合材料及其製備方法。
背景技術：
：在自然資源日漸缺乏的今天，充分利用生物材料資源的潛力，發揮生物材料獨特的功能和特性，開發其新的應用領域，是當今社會的一個研究熱點。現有技術中存在各種各樣的複合材料，汽車等產品上一般都會用到複合材料，聚乳酸(PLA)複合材料是其中的一種，其存在密度高、不可全降解的缺點。
發明內容本發明實施例的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種密度較低、能夠完全降解的全再生全降解的高性能輕質複合材料。本發明實施例的另一個目的是提供複合材料的製備方法。為了實現上述目的本發明實施例採取的技術方案是一種複合材料，該複合材料的配方由以下重量百分含量的組分組成聚乳酸4594.4%秸稈纖維粉540%偶聯劑0.25%熱穩定劑0.25%加工助劑0.25%。本發明提供優選的方案是一種複合材料，該複合材料的配方由以下重量百分含量的組分組成聚乳酸6085%秸稈纖維粉1530%偶聯劑14%熱穩定劑14%加工助劑14%。所述的秸稈纖維粉的粒徑為30-1500目；所述秸稈纖維粉選自穀物秸稈粉、麥類秸稈粉、黍類秸稈粉、甘蔗稈粉和草本類秸稈粉中的一種或者兩種以上。所述的偶聯劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、鎂類偶聯劑、有機錫類偶聯劑和鋯類偶聯劑中的一種或者兩種以上。所述矽烷偶聯劑選自矽烷偶聯劑KH-550、矽烷偶聯劑KH-560、矽烷偶聯劑KH-570中的一種或者兩種以上；所述鈦酸酯類偶聯劑選自HW-102、HW-201、HW-311、HW-801中的一種或者兩種以上。所述的熱穩定劑選自烷基化單酚、烷基化多酚、亞磷酸二苯酯、亞磷酸三苯酯(TPP)、[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戌四醇酯(1010)、(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(168)、鹼金屬、鹼土金屬的矽酸鹽、位阻酚、位阻胺和羥基苯並三唑中的一種或者兩種以上。所述的加工助劑為潤滑劑和分散劑的混合物；所述潤滑劑選自脂肪酸鹽和脂肪酸醯胺中的一種或者兩種以上。加工助劑在加工和成型時能有效改善各組分分散性、減少有害磨擦。所述的潤滑劑選自石蠟、低分子量聚乙烯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸醯胺、甲撐雙硬脂酸醯胺和N，N-乙撐雙硬脂酸醯胺(EBS)中的一種或者兩種以上。本發明提供的另一個技術方案是一種複合材料的製備方法，包括以下的步驟(1)將秸稈粉碎得到秸稈纖維粉；(2)給秸稈纖維粉中加入偶聯劑進行攪拌、混合，將混合物在60IO(TC下進行烘乾，得到改性秸稈纖維粉；(3)將聚乳酸、改性秸稈纖維粉、熱穩定劑和加工助劑置於高速混合機中，在轉速為5002000rpm，常溫下混合301000秒，摩擦升溫不得高於80°C;(4)將混合好的原料送入雙螺杆擠出機中，在螺杆的高速剪切，混煉和輸送下，經熔融擠出、造粒後得到複合材料；所述雙螺杆擠出機從餵料口到模頭各區的溫度為140200°C;所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速100-250rpm。乳酸聚合物，又稱聚乳酸；簡稱PLA;其主要是以農業經濟作物(玉米、小麥、木薯等)的發酵產物乳酸為基本原料製備得來的一種環境友好材料。所以聚乳酸在很多領域被認為是最具潛力和最有前途的可再生可降解高分子材料，是理想的綠色高分子材料。PLA有很多的應用，可以在擠出、注塑、拉膜、紡絲等多領域應用，目前主要用於服裝(內衣、外衣)、產業(建築、農業、林業、造紙)和醫療衛生等領域。秸稈是成熟農作物莖葉(穗)部分的總稱，通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油菜、棉花、甘蔗和其它農作物在收穫籽實後的剩餘部分。我國對作物秸稈的利用有悠久的歷史，從前由於農業生產水平低、產量低，所以秸稈數量少，秸稈除少量用於餵養牲畜，部分用於堆漚肥外，大部分都作燃料燒掉。秸稈是高效、長遠的輕工、紡織和建材原料，既可以部分代替磚、木等材料，還可有效保護耕地和森林資源。秸稈牆板的保溫性、裝飾性和耐久性均屬上乘，現已將"秸稈板"當作木板和瓷磚的替代品廣泛應用於建築行業。此外，經過技術方法處理加工秸稈還可以製造人造絲和人造棉，生產糠醛、飴糖、酒和木糖醇，加工纖維板等。本發明實施例的有益效果是—、本發明的複合材料的密度低，應用在汽車等產品上能夠大大減輕產品重量，有利於產品的輕型化；二、本發明的複合材料在降解時，其中的植物秸稈纖維粉可以在自然界先發生降解，生成蜂窩狀結構，增大複合材料降解的比表面積，加速剩餘成分的降解，減輕自然環境的負擔，具有環保效果；三、本發明的複合材料製備方法簡單，易於操作；四、利用自然界中大量存在的植物秸稈作為原材料，使得本發明產品生產成本非常低廉。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。實施例1按照下列重量稱取原料(千克)聚乳酸45，稻草秸稈纖維粉:40，矽烷偶聯劑KH-550:5，TPP:2,1010:1，168:2，EBS:2，白礦油3。製備方法如下(1)將稻草秸稈粉碎得到40千克稻草秸稈纖維粉，稻草秸稈纖維粉的粒徑為100目；(2)給稻草秸稈纖維粉中加入5千克矽烷偶聯劑KH-550進行充分攪拌、混合，攪拌300秒，將混合物在8(TC下進行烘乾，烘乾時間為2小時，得到改性稻草秸稈纖維粉；(3)將40千克聚乳酸、改性稻草秸稈纖維粉、2千克TPP、1千克1010、2千克168、2千克EBS和3千克白礦油置於高速混合機中，在轉速為1500rpm下常溫混合300秒，摩擦升溫不得高於8(TC;(4)將混合好的原料送入雙螺杆擠出機中，在螺杆的高速剪切，混煉和輸送下，經熔融擠出、造粒後得到複合材料；所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速為150rpm，本實施例中，所述的雙螺杆擠出機從餵料口到模頭各區的溫度為，一區16(TC，二區17(TC，三區175t:，四區17(TC。本實施例方法中，所述的造粒採用分散能力較強的螺杆組合進行。實施例2按照下列重量稱取原料(千克)聚乳酸94.4，麥子秸稈纖維粉5，二苯甲基基鈦酸酯0.1，四硫化雙三乙氧基丙矽烷O.1,1010:0.2，石蠟0.2。製備方法如下(1)將麥子秸稈粉碎得到5千克麥子秸稈纖維粉，麥子秸稈纖維粉的粒徑為1000目；(2)給麥子秸稈纖維粉中加入0.1千克二苯甲基基鈦酸酯和0.1千克四硫化雙三乙氧基丙矽烷進行充分攪拌、混合，攪拌400秒，將混合物在IO(TC下進行烘乾，烘乾時間為1小時，得到改性麥子秸稈纖維粉；(3)將94.4千克聚乳酸、改性麥子秸稈纖維粉、0.2千克1010和0.2千克置於高速混合機中，在轉速為2000rpm下常溫混合50秒，摩擦升溫不得高於80°C;(4)將混合好的原料送入雙螺杆擠出機中，在螺杆的高速剪切，混煉和輸送下，經熔融擠出、造粒後得到複合材料；所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速為200rpm，本實施例中，所述的雙螺杆擠出機從餵料口到模頭各區的溫度為，一區15(TC，二區16(TC，三區18(TC，四區180°C。實施例3按照下列重量稱取原料(千克)聚乳酸75，穀物秸稈纖維粉15，甘蔗杆纖維粉5，鈦酸酯類偶聯劑HW-102:2，亞磷酸二苯脂l，位阻酚0.2，TPP:0.3，硬脂酸鈣0.5，白礦油1。製備方法如下(1)將穀物秸稈粉碎得到15千克穀物秸稈纖維粉，穀物秸稈纖維粉的粒徑為1500目；將甘蔗杆粉碎得到5千克甘蔗杆纖維粉，甘蔗杆纖維粉的粒徑為1200目；(2)給穀物秸稈纖維粉和甘蔗杆纖維粉中加入2千克鈦酸酯類偶聯劑HW-102進行充分攪拌、混合，攪拌400秒，將混合物在6(TC下進行烘乾，烘乾時間為2.5小時，得到改性秸稈纖維粉；(3)將75千克聚乳酸、改性秸稈纖維粉、1千克亞磷酸二苯脂、0.2千克位阻酚、0.3千克TPP、0.5千克硬脂酸f丐和1千克白礦油置於高速混合機中，在轉速為800rpm下常溫混合900秒，摩擦升溫不得高於80°C;(4)將混合好的原料送入雙螺杆擠出機中，在螺杆的高速剪切，混煉和輸送下，經熔融擠出、造粒後得到複合材料；所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速為180rpm，本實施例中，所述的雙螺杆擠出機從餵料口到模頭各區的溫度為，一區18(TC，二區18(TC，三區16(TC，四區160°C。本實施例方法中，所述的造粒採用分散能力較強的螺杆組合進行。本發明實施例複合材料基本性能的測試結果見表1。表1.實施例對應的樣品性能tableseeoriginaldocumentpage6—般PLA複合材料的密度為1.25-1.35g/cm3，從上表可看出，本發明實施例的複合材料密度低，用於汽車等產品上能夠減輕產品重量。本發明實施例是以聚乳酸為基體，以秸稈纖維為增強劑，通過對秸稈纖維表面進行改性，提高其與基體的相容性，然後通過共混、熔融擠出、造粒等加工工藝製造出聚乳酸/秸稈纖維複合材料。既高效綜合利用剩餘的農作物秸稈，又節省了不可再生資源，保護了生態環境。本發明的複合材料具有密度較低、能夠完全降解的優點。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。權利要求一種複合材料，其特徵在於該複合材料的配方由以下重量百分含量的組分組成聚乳酸45～94.4％秸稈纖維粉5～40％偶聯劑0.2～5％熱穩定劑0.2～5％加工助劑0.2～5％。2.根據權利要求l所述的複合材料，其特徵在於該複合材料的配方由以下重量百分含量的組分組成聚乳酸60~85；秸稈纖維粉15—30％偶聯劑l一4％熱穩定劑l一4％加工助劑l一4％。3.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的秸稈纖維粉的粒徑為30-1500目；所述秸稈纖維粉選自穀物秸稈粉、麥類秸稈粉、黍類秸稈粉、甘蔗稈粉和草本類秸稈粉中的一種或者兩種以上。4.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的偶聯劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、鎂類偶聯劑、有機錫類偶聯劑和鋯類偶聯劑中的一種或者兩種以上。5.根據權利要求4所述的複合材料，其特徵在於所述矽烷偶聯劑選自矽烷偶聯劑KH-550、矽烷偶聯劑KH-560、矽烷偶聯劑KH-570中的一種或者兩種以上；所述鈦酸酯類偶聯劑選自HW-102、HW-201、HW-311、HW-801中的一種或者兩種以上。6.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的熱穩定劑選自烷基化單酚、烷基化多酚、亞磷酸二苯酯、亞磷酸三苯酯、[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戌四醇酯、(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、鹼金屬、鹼土金屬的矽酸鹽、位阻酚、位阻胺和羥基苯並三唑中的一種或者兩種以上。7.根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的加工助劑為潤滑劑和分散劑的混合物；所述潤滑劑選自脂肪酸鹽和脂肪酸醯胺中的一種或者兩種以上。8.根據權利要求7所述的複合材料，其特徵在於所述的潤滑劑選自石蠟、低分子量聚乙烯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸醯胺、甲撐雙硬脂酸醯胺和N，N-乙撐雙硬脂酸醯胺中的一種或者兩種以上。9.根據權利要求1或2所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下的步驟(1)將秸稈粉碎得到秸稈纖維粉；(2)給秸稈纖維粉中加入偶聯劑進行攪拌、混合，將混合物在60IO(TC下進行烘乾，得到改性秸稈纖維粉；(3)將聚乳酸、改性秸稈纖維粉、熱穩定劑和加工助劑置於高速混合機中，在轉速為5002000rpm，常溫下混合301000秒，摩擦升溫不得高於80°C;(4)將混合好的原料送入雙螺杆擠出機中，在螺杆的高速剪切，混煉和輸送下，經熔融擠出、造粒後得到複合材料；所述雙螺杆擠出機從餵料口到模頭各區的溫度為140200°C;所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速100-250rpm。全文摘要本發明公開了一種複合材料，該複合材料的配方由聚乳酸、秸稈纖維粉、偶聯劑、熱穩定劑和加工助劑組成，本發明以聚乳酸為基體，以秸稈纖維為增強劑，通過對秸稈纖維表面進行改性，提高其與基體的相容性，然後通過共混、熔融擠出，造粒等加工工藝製造出聚乳酸和秸稈纖維複合材料。本發明的複合材料具有密度較低、能夠完全降解的優點。文檔編號B29B9/06GK101792581SQ20101014222公開日2010年8月4日申請日期2010年3月30日優先權日2010年3月30日發明者唐少俊申請人:奇瑞汽車股份有限公司