[发明专利]一种取向透明纳米天然纤维聚酯薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种取向透明纳米天然纤维聚酯薄膜及其制备方法。

背景技术

随着全球经济发展，近20多年来塑料的用量急速上升，废旧塑料垃圾对环境造成的污染也日益严重。同时森林资源被大量砍伐，已对生态环境造成极大的破坏。因此保护森林资源，保护生态环境已成为新世纪人类共同追求的目标。

木塑复合材料(Wood-Plastics Composite，简称WPC)是利用热塑性塑料作为基体材料，用木粉、稻壳、麦秸、玉米杆、花生壳、麻纤维等天然纤维作增强相，再加入少量的化学添加剂和填料，通过一定的加工工艺制作的一种复合材料，强度高，加工性能好，使用寿命长，并且能够将废弃的天然纤维再利用，被广泛用于建材、包装、家具等领域。

植物纤维和塑料是两种不同性质的高分子聚合物，未经处理的植物纤维与塑料的相容性差，塑料与植物纤维结合不良，导致木塑复合材料品质难以提高。如果为解决植物纤维素与树脂相容性差的问题，通常使用偶联剂来改善树脂与纤维素的界面结合能力。尽管如此，其制备的木塑复合材料难以具备各方面优异的性能，如木塑复合材料中植物纤维的含量低，最高不超过50％，合成树脂用量多，所制得的产品更接近于合成高分子材料，但其力学强度和韧性差，且不透明。即采用这种方法制备的木塑复合材料其各种性能尤其是透明性受到影响。还有一种方法就是将合成树脂的单体、引发剂等注入木材中再引发单体聚合，得到木塑复合材料。2008年12月10日公开的公开号为CN 101319058A的中国专利《一种木塑符合材料的制备方法及制得的木塑复合材料》，该专利中将植物纤维的粉末与高分子乳液混合后制成木塑复合材料，但是这种方法同样也存在两相界面黏结性差，且制品不透明。

纳米植物纤维与高分子塑料相结合，有一个主要的难题就是纳米天然纤维(尺度小于可见光波长380-780nm)能否均匀的分散在高分子基材中，从而获得较高的物理机械性能，使拉伸后的薄膜具有透明性。2007年开始，日本、加拿大、瑞典等国在实验室制得了纳米级天然纤维复合透明膜。但是，其高分子基材都是常温下为液态的材料，如丙烯酸树脂，粘度低，比较容易分散纳米天然纤维。至今还没有公开的报道有在高粘度的高分子熔体中将纳米天然纤维均匀的分散在高分子基材中，通过熔融挤出的方法备制透明薄膜。

从人类开始使用工具起，混合不同的材料都是采用搅拌，技术上讲即剪切混合的方式。如用水泥搅拌机、螺旋搅拌机、塑料挤出机等都是以搅拌的方式产生剪切流动，使得不同材料逐渐均匀混合。对于固体状态和粘度很低的液态混合，剪切搅拌是有效的。但对于不同粘度的高粘度高分子熔体或溶液的混合，或高粘度液体里混合固体材料，如纳米纤维，分散要求在微观尺度时，剪切混炼已经被证明是不行的。

2000年以来，大量的实践和研究已表明，全世界公认并一直使用的各种塑料挤出机都不能均匀分散以高粘度高分子材料为基材的纳米复合材料，甚至微米复合材料。理论计算表明在任何流动下，相对表面积比达到1万时，均匀分散才有可能。而在我们的特殊拉伸流动下达到同样的分散所需能量，比剪切的小5个数量级，在给定能量下拉伸能够产生更多的不同材料之间的表面积，拉伸分散混合效果是剪切效果的200倍以上。同时在变形速率一定的情况下，拉伸流动中应变随时间的指数次方增长，而剪切仅仅是线性增长。被分散相材料在基材里如何变形、形成越来越小的液滴(颗粒)是有规律的。当被分散相的粘度大于基材粘度四倍时，剪切流动就很难将被分散相打开成小液滴(颗粒)，只变形，而不分开。而拉伸流动没有此问题，被分散相能够被打成小液滴(颗粒)。

发明内容

本发明提出了一种取向透明纳米天然纤维聚酯薄膜及其制备方法，能够将天然纳米材料均匀的分散在高分子聚酯材料中，熔融挤出后，经过纵、横方向拉伸得到透明性好的木塑复合薄膜，具有较好的尺寸稳定性及平坦性。

为实现这一目的，本发明所采用的方法是：一种制备取向透明纳米天然纤维聚酯薄膜的方法，所述步骤如下：

(1)将直径为50～300nm，长度小于等于1000nm的纳米天然木麻纤维进行加热干燥，加热温度为160℃～220℃，控制干燥后的纳米天然纤维的含水量小于0.1％，并将干燥后的天然纤维与粉末状偶联剂均匀混合；

(2)将PET颗粒或PEN颗粒或两者的混合颗粒进行加热干燥，加热温度为160℃～190℃，控制含水量小于0.1％；