[发明专利]农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种完全可生物降解的复合材料，尤其涉及一种聚乳酸/农作物秸秆纤维/麻纤维复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，随着人们环保意识的日益增强，生物降解高分子材料的应用越来越受到人们的重视。其中聚乳酸(PLA)是一种常见的自然界完全可生物降解的聚合物，属于人工合成直链脂肪族聚酯。聚乳酸具有较好的生物相容性，良好的机械性能和成型加工性能，但是纯聚乳酸质硬，韧性差，极易弯曲变形，这些缺点大大的限制了聚乳酸的工业应用。用天然植物纤维改性聚乳酸能够很好改善聚乳酸的性能。使用天然纤维复合材料改性聚合物比传统使用玻璃纤维改性聚合物可以节省45％的能源消耗，并减少二氧化碳，二氧化硫和一氧化碳的排放。

麻类纤维由于纤维素含量高，强度高，被广泛应用于对热塑性塑料的改性中。常用的植物麻类纤维有剑麻，黄麻，苎麻等。然而我国麻类植物的种植极易受到地域和经济的影响，导致麻类纤维的价格日益增高。因此，急需找到一种降低成本的方法。

我国是农业大国，每年的农作物秸秆产量有6亿吨左右，然而约2.5亿吨左右的秸秆处于闲置和无法利用的状态，这些秸秆大部分被随意焚烧，不仅浪费资源而且严重污染环境。玉米秸秆外皮的主要成分是纤维素和木质素，它强度高，韧性好。用物理和化学等方法制备的玉米纤维具有较高的机械性能。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种。本发明提供一种农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料及其制备方法，本发明复合材料的制备方法工艺简单，复合材料不但完全可生物降解，而且具有较好的机械性能和较低的原材料成本，有利于扩大聚乳酸的工业生产应用，提高农业秸秆的利用率，实现了资源的优化利用，减少了焚烧秸秆带来的环境污染。

为了解决上述技术问题，本发明农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料，按照质量百分比计，由以下组份构成：聚乳酸60-80％，农作物秸秆纤维10～20％，麻纤维10～20％；其中，所述农作物秸秆纤维的长度为2～5mm，所述麻纤维的长度为2～5mm。

本发明农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将去除叶子的农作物秸秆用皮穰分离机进行皮穰分离，得到秸秆外皮，再用农用秸秆粉碎机进行两次粉碎，第一次粉碎所用筛网直径为6mm，第二次粉碎所用筛网直径为2mm；将两次粉碎后的农作物秸秆用40目的筛子过筛，从而得到长度为2～5mm的农作物秸秆纤维；将麻剪切，其长度为2～5mm；

分别用蒸馏水洗净农作物秸秆纤维和麻纤维，然后分别浸泡在质量比为10～20％的氢氧化钠溶液中3-4小时，每种纤维和氢氧化钠溶液的质量比均为1∶10～20；

用蒸馏水洗涤上述碱处理过后的纤维若干次，再用乙酸或硝酸进行中和至中性，然后用蒸馏水进行清洗一次，最后放入温度为40～80℃干燥箱中4-8小时；

按照农作物秸秆纤维和麻纤维质量比为0.5～2，形成包含有上述两种纤维的混杂纤维；

将干燥的聚乳酸和所述混杂纤维按照质量比为1.5～4混合均匀后直接注塑成型，其注塑温度为160-190℃。

进一步讲，本发明农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料，其中，所述农作物秸秆是玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆中的一种或几种。所述麻纤维是剑麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、汉麻纤维中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于本发明的复合材料以农作物秸秆纤维和麻纤维混杂后作为增强体，以聚乳酸为基体，因此该复合材料为完全可生物降解复合材料。

(2)在制备过程中，分别对农作物秸秆纤维和麻纤维进行碱处理，使纤维和聚乳酸基体的界面相容性明显得到提高。

(3)本发明制得的复合材料与单独以麻纤维增强聚乳酸复合材料相比，在具有较好的力学性能的情况下，降低的原材料成本，同时提高了农作物秸秆的利用率。

附图说明

图1是对比例复合材料和本发明复合材料三个实施例的储能模量随温度变化图；

图2是对比例复合材料和本发明.复合材料三个实施例的损耗模量随温度变化图；

图3是对比例复合材料和本发明复合材料三个的损耗因子随温度变化图。

图中：

A为对比例剑麻纤维增强聚乳酸复合材料的曲线图，

B为实施例1制得的复合材料(纤维混杂比1∶2)的图线，

C为实施例2制得的复合材料(纤维混杂比1∶1)的图线，