一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法

2023-05-19 20:52:11 5

專利名稱：：一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法。
背景技術：
：眾所周知，世界範圍內石油儲量逐F1減少，以石油產物為原料的高分子材料在世界範圍內的產量持續快速增長，也就是說增長著的高分子材料產量與不斷上升的能源消耗共同需要更多的類石油資源。此外石油基聚合物的不可降解已經對環境保護造成很大的壓力。全球塑料產量約30%作為包裝材料使用，大多數包裝材料或農用薄膜材料經一次使用後成了廢棄物。由於質輕體大量多、難以降解、不可隨意焚化，閂積月累便成了觸目驚心的"白色汙染"。塑料垃圾使環境惡化，它造成酸雨、臭氧層空洞，釋放的多種有毒化學氣體將破壞人類的免疫系統，增加癌症和其它疾病發病率。同時目前對塑料垃圾的填埋處理，不僅佔用大量的土地資源，而且破壞土壤生態平衡、汙染地下水源。在尋找石油替代品及可降解高分子材料的努力中，全球產量巨大、可降解再生的天然大分子自然地成為人們的研究重點。2000年美國國家研究委員會在全國農業生物技術協會上提出了"生物經濟"目標,通過農林生物質植物/農作物資源利用，加強美國經濟安全性，到2020年化學基礎產品中至少有10%來自植物的農林生物質資源，2050年提高到50%。世界經合組織(OCED)2004年9月研究報告指出各國政府應大力支持和鼓勵生物質資源領域的技術創新。生物質是指由植物或動物生命體衍生得到的物質總稱，主要由有機物組成。生物質最大特點就是在一定條件下，能夠被微生物降解成二氧化碳和水，或者正常掩埋土壤一段時間後可自行分解成二氧化碳和水，實現真正意義上的生物降解和綠色環保。在四大類生物大分子中，能在材料領域有發展前途的主要涉及植物蛋白質和多糖類。纖維素是多糖類天然高分子，地球每年通過光合作用產生的天然纖維素高達1000億噸，其中絕大多數尚未被人類利用，它將是今後人類可供選擇的主要有機高分子材料來源。以纖維素酯為原料，丙三醇及其衍生物、乙二醇、分子量為200400的聚乙二醇等多羥基化合物或其它化合物如水性聚氨酯為增塑劑，經擠出、注射或壓塑等成型方法可製備纖維素酯基塑料。但製備得到的纖維素酯基塑料的機械性能不夠理想、耐水性差，纖維材料密度低、空隙大。天然纖維如劍麻、薴麻或黃麻纖維的密度大多為1.3-1.5g/cm:i，強度可達345-1100MPa，模量達20-80GPa。則以天然纖維作為增強材料可以提高生物大分子基體材料的機械力學性能。
發明內容本發明的目的是提供一種具有很好力學性能、耐水性能以及可生物降解的複合材料。為了達到上述目的，本發明提供了一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，包括下列歩驟1)以重量份數配方配料備用增強麻纖維520份；纖維素酯100份；增塑劑1030份；2)在常溫常壓下，將纖維素酯、增塑劑按重量比10:310:1攪拌至均勻，在室溫下密封平衡8h以上，製備得到纖維素酯增塑劑；3)將歩驟3)所述的纖維素酯增塑劑與將520份的歩驟1)所述的增強麻纖維混合；4)經模塑或熱壓，製備得到纖維素酯基複合材料。進一歩，所述的增強麻纖維為薴麻、劍麻、黃麻、或洋麻纖維等中的一種。所述的纖維素酯為乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、或乙酸丙酸纖維素等。所述的增塑劑為丙三醇、乙二醇、丙二醇、分子量為200400的聚乙二醇等多羥基化合物、或水、或水性聚氨酯等中的一種。歩驟3)所述的混合或者是指先將歩驟1)所述的增強麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在歩驟2)所述的纖維素酯增塑劑中，或者是指直接將歩驟l)所述的增強麻纖維與步驟2)所述的纖維素酯增塑劑在常溫常壓下攪拌至均勻。所述的模塑是指於140150°C、1020MPa條件下用平板硫化機模壓1030min，隨後室溫冷卻5min以上。所述的熱壓是指於M015(TC、1020MPa條件下用平板硫化機熱壓1030min，隨後室溫冷卻5min以上。本發明提供的麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法利用麻纖維、纖維素酯等天然可再生的農副產品資源，通過相對簡單可控的加工條件成型，製品具有生物可降解性、利於環境保護。所製備的天然纖維增強纖維素酯基複合材料具有很好力學性能、耐水性能以及可生物降解的優點，可用於汽車、家用電器等有限使用壽命的領域。具體實施例方式下面結合具體實施例，進一歩闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，但等價形式的改動或修改同樣落於本申請的權利要求書所限定的範圍。實施例11)以重量份數配方配料備用薴麻纖維5份二乙酸纖維素100份；丙三醇10份；2)在常溫常壓下，將二乙酸纖維素、丙三醇按重量比10:1攪拌至均勻，在室溫下密封平衡16h，製備得到二乙酸纖維素\丙三醇；3)直接將薴麻纖維與二乙酸纖維素\丙三醇在常溫常壓下攪拌至均勻；4)於140。C、lOMPa條件下，用平板硫化機熱壓10min，室溫冷卻5min。實施例21)以重量份數配方配料備用聚乙二醇(分子量範圍200400)1030份；2)在常溫常壓下，將二乙酸纖維素、聚乙二醇(分子量範圍200400)按重量比10:2攪拌至均勻，在室溫下密封平衡12h，製備得到二乙酸纖維素\聚乙二醇；3)直接將薴麻纖維與二乙酸纖維素\聚乙二醇在常溫常壓下攪拌至均勻；4)於145。C、lOMPa條件下，用平板硫化機熱壓20min，室溫冷卻20m丄n。實施例31)以重量份數配方配料備用劍麻纖維20份；乙酸丙酸纖維素100份；丙三醇20份；2)在常溫常壓下，將乙酸丙酸纖維素、丙三醇按重量比10:2攪拌至均勻，在室溫下密封平衡20h,製備得到乙酸丙酸纖維素\丙三醇；3)先將20份劍麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在乙酸丙酸纖維素\丙三醇中；4)於150'C、15MPa條件下，用平板硫化機熱壓15min，室溫冷卻15min。薴麻纖維20份;乙酸纖維素100份;實施例41)以重量份數配方配料備用黃麻纖維20份;乙酸丙酸纖維素100份:丙三醇20份;2)在常溫常壓下，將乙酸丙酸纖維素、尿素按重量比10:2攪拌至均勻，在室溫下密封平衡16h，製備得到乙酸丙酸纖維素\尿素；3)先將20份黃麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在乙酸丙酸纖維素\尿素中；4)於15(TC、20MPa條件下，用平板硫化機熱壓15min，室溫冷卻2(kin。實施例51)以重量份數配方配料備用洋麻纖維20份；乙酸丁酸纖維素100份；丙二醇20份；2)在常溫常壓下，將乙酸丁酸纖維素、丙二醇按重量比10:2攪拌至均勻，在室溫下密封平衡24h，製備得到乙酸丁酸纖維素\丙二醇-,3)先將20份洋麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在乙酸丁酸纖維素\丙二醇中；4)於140。C、lOMPa條件下，用平板硫化機模壓20min，室溫冷卻30min。實施例61)以重量份數配方配料備用劍麻纖維15份乙酸丁酸纖維素100份；水性聚氨酯15份；2)在常溫常壓下，將乙酸丁酸纖維素、水性聚氨酯按重量比100:15攪拌至均勻，在室溫下密封平衡16h,製備得到乙酸丁酸纖維素\水性聚氨酯；3)先將15份劍麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在乙酸丁酸纖維素\水性聚氨酯中；4)於145。C、lOMPa條件下，用平板硫化機模壓20min，室溫冷卻20rdn。實施例71)以重量份數配方配料備用劍麻纖維10份；纖維素酯100份；水15份；2)在常溫常壓下，將三乙酸纖維素、水按重量比100:15攪拌至均勻，在室溫下密封平衡24h，製備得到三乙酸纖維素\水；3)先將10份劍麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在三乙酸纖維素\水中4)於145。C、15MPa條件下，用平板硫化機模壓15min，室溫冷卻20min。實施例81)以重量份數配方配料備用薴麻纖維15份；三乙酸纖維素100份；乙二醇30份；2)在常溫常壓下，將三乙酸纖維素、乙二醇按重量比10:3攪拌至均勻，在室溫下密封平衡24h，製備得到三乙酸纖維素\乙二醇3)先將15份薴麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在三乙酸纖維素\乙二醇中；4)於145。C、lOMPa條件下，用平板硫化機模壓20min，室溫冷卻20min。通過實施例18製備得到的麻纖維增強的纖維素酯基複合材料，在WDW電子萬能試驗機上測其力學性能，耐水性為溼態與幹態的抗張強度之比，溼態強度即為水浸泡4h後所測數據。按照上述辦法測試結果如下表所示-拉伸強度(MPa)楊氏模量(MPa)耐水性(％)未實施本發明20±2550±100.59±0.05實施例129±2760±100.73±0.05實施例235±2IOOO土IO0.79±0.05實施例339±21150±100.83±0.05tableseeoriginaldocumentpage10權利要求1.一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，包括下列步驟1)以重量份數配方配料備用增強麻纖維5～20份；纖維素酯100份；增塑劑10～30份；2)在常溫常壓下，將纖維素酯、增塑劑按重量比10∶3～10∶1攪拌至均勻，在室溫下密封平衡8h以上，製備得到纖維素酯增塑劑；3)將步驟2)所述的纖維素酯增塑劑與將5～20份的步驟1)所述的增強麻纖維混合；4)經模塑或熱壓，製備得到麻纖維增強的纖維素酯基複合材料。2.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的增強麻纖維為薴麻、劍麻、黃麻、或洋麻纖維中的-種。3.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的纖維素酯為乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、或乙酸丙酸纖維素中的一種。4.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的增塑劑為丙三醇、多羥基化合物、水、或水性聚氨酯中的一種。5.如權利要求4所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的多羥基化合物為乙二醇、丙二醇、或分子量為200400的聚乙二醇中的一種。6.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的混合或者是指先將歩驟1)所述的增強麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成麻纖維氈，隨後將麻纖維氈鋪設在歩驟3)所述的纖維素酯增塑劑中，或者是指直接將歩驟'i)所述的增強麻纖維與歩驟3)所述的纖維素酯增塑劑在常溫常壓下攪拌至均勻。7.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟4)所述的模塑是指於140i50。C、1020MPa條件下用平板硫化機模壓1030min，隨後室溫冷卻5min以上。8.如權利要求1所述的一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其特徵在於，歩驟4)所述的熱壓是指於140150°C、1020MPa條件下用平板硫化機熱壓1030min，隨後室溫冷卻5min以上。全文摘要本發明涉及一種麻纖維增強的纖維素酯基複合材料的製備方法，其步驟為首先將麻纖維經脫膠、梳理、熱壓成纖維氈；纖維素酯和增塑劑按一定比例機械混合，在室溫下密封平衡一定時間；然後按照設計要求將麻纖維氈鋪設在纖維素酯增塑劑多組分基體中；經模塑或熱壓成型方法得到纖維素酯基複合材料。本發明所用原料來源廣泛、可降解再生、價格合理、安全無毒，複合材料製備方法簡單可控，具有很好的力學性能和較高的耐水性能，與僅用增塑劑的纖維素酯材料相比，機械力學性能明顯提高。所以此複合材料為一種可完全降解且具備開發潛質的新型材料。文檔編號C08K5/053GK101302310SQ20081003965公開日2008年11月12日申請日期2008年6月26日優先權日2008年6月26日發明者剛孫,曹振博,茹肖,顧莉琴申請人:東華大學