[发明专利]聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种完全可生物降解聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)属合成直链脂肪族聚酯，是一种在自然界可完全生物降解的人工合成聚合物。其合成单体乳酸广泛来源于农产品，降解产物为对环境无害的水和二氧化碳。该材料具有良好的力学强度、热塑性、成纤性以及透明性，适用于多种加工方法，被产业界认为是新世纪最有前途的新型材料。但是纯聚乳酸本身为线性聚合物，脆性高，热变形温度低，抗冲击性差，气体阻隔性以及阻燃性不高，降解周期难以控制，这些缺点都限制了聚乳酸的进一步应用。

近年来，使用天然植物纤维改性热塑性塑料的研究逐渐兴起。天然植物纤维复合材料有许多优点，比如质量轻，较好的强度和韧性，可二次利用，可生物降解等，是一种环保、经济、节能的复合材料。使用天然植物纤维改性聚合物比传统使用玻璃纤维改性聚合物节省45％的能源消耗，并且减少了二氧化碳，二氧化硫和一氧化碳的排放。天然植物纤维来源广泛，强度高，韧性好，非常适用于对耐热性较差，价格较贵的聚乳酸进行改性，制备出同样完全可生物降解的新型复合材料。

丝瓜络纤维是一种常见的天然植物纤维，它含有非常丰富的木质素和纤维素，木质素对材料的机械性能会有不利的影响，且木质素和纤维素都是亲水的，与疏水的聚乳酸相容性不好，因此必须对丝瓜络纤维进行化学改性，去除木质素与半纤维素，留下结晶度、取向度高，含有大量羟基可供有机化改性的纤维素。

中国专利CN1709977A介绍了一种丝瓜络纤维树脂基复合材料，使用经过碱处理的天然与一系列非可生物降解热固性塑料进行复合，获得了具有良好机械性能的热固性复合塑料。但该方法不适用于聚乳酸这类可生物降解热塑性塑料的改性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料。

本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料，其特征在于该复合材料的组成及质量百分含量为：

聚乳酸      60～99％    改性丝瓜络纤维    1～40％

热稳定剂    0.1～1％    润滑剂            0.1～1％。

上述的丝瓜络纤维为改性的丝瓜络纤维，其改性方法具体过程如下：

a.将丝瓜络纤维剪碎，清水洗净，真空干燥6～8小时后进行粉碎，用50～100目的筛子过筛；

b.按质量百分比，将10～20％丝瓜络纤维，60～80％浓度为0.1mol/L的NaOH溶液和10～20％无水乙醇溶液混合在一起共沸2～4小时，期间不断添加NaOH和无水乙醇，以保持丝瓜络纤维、NaOH溶液和无水乙醇三者之间的比例；然后去离子水洗涤至pH值为7，抽滤，将所得丝瓜络纤维于70～90℃的烘箱中干燥6～8小时；

c.按质量百分比，将上述碱处理后的丝瓜络纤维5～10％、0.1～1％硅烷偶联剂、80～90％无水乙醇、1～2％0.1mol/L的盐酸溶液和3～10％去离子水回流搅拌2～4小时，产物经抽滤、去离子水清洗后于70～90℃的烘箱中干燥12～24小时。

上述的硅烷偶联剂是γ-氨基丙基三乙基硅氧烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(SCA-602)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷(A-172)、β-(3、4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-186)中的至少一种。

上述的聚乳酸PLLA的分子量为10～100万，玻璃化温度范围为40～60℃。

上述的热稳定剂是顺丁烯二酸酐或环氧大豆油；所述的润滑剂为硬脂酸铝或硬酯酸钙。

上述的聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料的制备方法，其特征在于按上述比例关系，将聚乳酸、丝瓜络纤维真空干燥24h后，加入热稳定剂和润滑剂，使用转矩流变仪在140～210℃，转速为20～100rpm条件下进行熔融共混7～20min。然后在热压成型机中140℃～210℃热压5～20min成膜，即得到聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著进步：

(1)由于本发明的复合材料包括聚乳酸为主要原料，添加天然丝瓜络纤维对其改性，可见此复合材料为完全绿色，完全可生物降解的材料。

(2)对天然丝瓜络纤维进行了碱处理和有机化处理，使其与热塑性的聚乳酸树脂的相容性明显提高。