[发明专利]聚己内酯/全降解天然纤维共混纤维增强聚已内酯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及全降解天然纤维共混纤维增强聚已内酯复合材料的制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的增强，目前生物可降解高分子材料特别是脂肪族聚酯越来越受到人们的关注，聚己内酯是一种由己内酯开环聚合而得到的热塑性半结晶线型脂肪族聚酯类合成高分子材料，具有很好的柔韧性和加工性，是一种良好的生物可降解材料。聚己内酯作为塑料材料，最主要的缺点是由于其熔融温度低，制品的耐热性差，制品热变形温度就在60℃左右，非常不利于其在更多方面的应用。

聚己内酯耐热性差的缺点可以通过与纤维材料共混改性来改善。考虑到天然纤维也是生物可降解材料，且具有密度低、比性能高、价廉、资源丰富等优点，采用天然纤维改性聚己内酯是一种有效的、也是环保的改善材料性能的方法。经过天然纤维增强改性的聚己内酯机械力学性能、结晶性能、热性能和成型加工性能可望得到改善，同时又不会降低其生物降解性能。

纤维增强聚己内酯的研究已有报道，中国专利201110156563.6《以可降解纤维增强的聚己内酯可降解骨钉及其溶液法制备》公开了一种纤维增强聚己内酯可降解骨钉，制备的方法是溶液共混法，即先将PCL溶解再与纤维混合，然后挥发溶剂得到需要的材料；中国专利200810037102.5《蚕丝纤维增强聚己内酯多孔支架及其制备方法》公开了蚕丝增强聚己内酯材料在组织工程中的应用，其制备方法仍然采用了溶液共混。

用天然植物纤维与可降解树脂进行熔融共混制备复合材料无疑是高效率、易于工业化的方法，但这个工艺受到天然纤维性质的制约。天然纤维柔性好、强度高、长度一般为数厘米到数十厘米，我们前期的实验发现，采用通用双螺杆挤出机进行共混时，这种纤维不象脆性的玻璃纤维在螺杆内会被剪断分散，反而容易纠缠结团；加上天然纤维与聚合物极性差异大，分散就更为困难。上述原因导致最后制备的复合材料宏观不均匀，没有实用性。

目前针对上述问题提出了两种方法。一种方法是将纤维细化，如文献《竹纤维/聚已内酯复合化的研究》（天津工业大学学报，2004（3）:26-28）将竹子磨碎成细度为2～5微米的细粉再行填充，解决了纤维纠缠成团和分散的问题。这个方法的缺点是天然纤维粉末只能起到填充增量的作用，没有纤维复合材料重要的力学性能增强效应。从文献看，填充20%的竹纤维粉末后的材料拉伸强度从27MPa下降到19MPa。

而CN200610037894.7、CN200910224792.X；等采用了另一种方法，即先用偶联剂（例如硅烷偶联剂）、反应性单体（马来酸酐乳酸等）对纤维进行表面改性，在将改性后的纤维与可降解聚合物进行复合。毫无疑问，这类方法都需要使用特殊的设备，工艺上也很繁琐；尤其是一些偶联试剂用于与食品接触材料的制造上存在卫生安全隐患，在中国努力推进食品安全的大背景下更需谨慎使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有很好力学性能和热性能的聚己内酯复合材料及其制备方法。

本发明提供了全降解聚己内酯复合材料，它是由下列重量配比的原料制备而成：

共混纤维1～9份、聚己内酯1～9份；抗氧剂占原料总质量的0.1～1%；

其中，所述共混纤维由天然纤维：聚己内酯=（0.5～1）：（1～1）熔融纺丝制备得到；共混纤维的长径比为5～100：1。

进一步地，共混纤维3～9份、聚己内酯1～7份。

优选地，共混纤维5份、聚己内酯5份。

进一步地，所述共混纤维由天然纤维：聚己内酯=（0.5～1）：1经熔融纺丝制备得到。

其中，所述共混纤维的长径比为15～60：1。

进一步地，所述共混纤维的长径比为50：1。

其中，所述天然纤维为麻纤维、竹纤维、棉纤维中的一种或两种以上的组合物。

其中，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、维生素E中的一种或两种以上的组合。

本发明还提供了上述全降解聚己内酯复合材料的制备方法，它包括如下操作步骤：

（1）按天然纤维：聚己内酯=（0.5～1）：（1～2）w/w称取天然纤维和聚己内酯，经熔融纺丝，制备共混纤维；

（2）按重量配比称取共混纤维、聚己内酯和抗氧剂；取共混纤维和聚己内酯共混，加入抗氧剂，在双螺杆挤出机中挤出拉条，产物经冷却、切粒、烘干，即得复合材料。

进一步地，挤出温度为150～190℃。