[发明专利]基于辐射改性制备秸秆纤维/PBAT复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于辐射改性制备秸秆纤维/PBAT复合材料的方法，其中秸秆纤维用偶联剂进行喷洒后经辐射改性处理，辐射改性法工艺简单，绿色环保，常温下即可反应等优点；辐射改性处理后的秸秆纤维，降低了纤维秸秆表面的光滑度提高了秸秆纤维表面活性，添加到PBAT树脂中，可以有效提高秸秆纤维与PBAT的界面相容性，本发明制备的秸秆纤维增强PBAT复合材料，提高了复合材料的力学性能等，扩大了复合材料的应用范围。

技术领域

本发明属于生物材料降解领域，涉及秸秆纤维/PBAT复合材料，特别是辐射改善秸秆纤维表面后制备秸秆纤维/PBAT复合材料及其制备工艺，也属于核技术应用领域。

背景技术

随着社会的发展和科学技术的不断进步，在工业、农业和建筑等领域消耗越来越多的石油基塑料材料，而这些材料的制备和消耗带来了的全球性环境污染问题也日益严重，目前环保总局将大力发展绿色环保材料作为21世纪的主要研究方向之一。据2014年欧洲生物塑料协会的相关统计数据显示，到2018年，全球生物降解塑料的产量将达到670万吨，比2013年多3倍。因此研发制造可再生、低碳、环保的生物降解塑料已成为高分子材料行业的主要发展趋势。

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，不但具有长亚甲基链的柔顺性和芳环的韧性，还具有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能等，是一种生物可降解材料。另外，PBAT和LDPE具有相似的力学性质，有望被广泛用于环保地膜薄膜等。PBAT虽然具有良好的断裂伸长率，室温下可达650％，但是其拉伸强度较差，不足17MPa，严重的制约了PBAT的发展和广泛应用。另外，PBAT的生产成本较高，也对其广泛应用也产生了一定的影响。

我国中部和北部地区的农作物主要是小麦和玉米，南部地区则主要种植水稻等，具有丰富的秸秆资源。目前这些农作物的秸秆主要是通过直接还田和加工粗饲料等传统的方式处理，局部地区还存在胡乱丢弃、无控焚烧等，不但浪费资源还污染环境。整体来看我国秸秆材料存在着“三低一重”的缺点，即利用率低、转化率低、经济效益低、环境污染严重。植物秸秆中饱含丰富的秸秆纤维，秸秆纤维具有优良的力学性能，特别是具有较高的拉伸强度。将经过处理的秸秆纤维作为增强材料，制备生物可降解秸秆纤维/PBAT复合材料，不但结合了PBAT和秸秆纤维的优点，而且对于解决资源浪费和保护环境也有十分重要的意义。但是秸秆纤维表面光滑且惰性大和树脂基体粘结强度差，导致秸秆纤维增强PBAT复合材料的力学性能并不明显。所以如何提高秸秆纤维的表面活性，让其能和PBAT的相容性得到得到提高是制备性能优良的秸秆纤维/PBAT复合材料要解决的关键问题之一。

为了改善复合材料中不同极性组分之间的界面相容性，国内外学者做了很多研究工作。目前常用的秸秆改性处理的方法有物理法和化学法。物理法主要包括热处理法、微波法、电晕放电技术、蒸汽喷发处理、拉伸、压延等。化学法主要包括碱处理、酸处理、氧化处理、接枝改性、浸润处理等。物理改性主要用于原料的预处理，效果不是很明显；化学改性存在对环境污染严重、能耗高、效率低等问题。高能物理法是一种绿色环保的技术，日益受到人们的重视。高能物理法主要是指等离子体处理、超声波处理和γ射线处理等，其中利用γ射线进行适当的表处理可以实现改善秸秆纤维表面的极性，提高与PBAT的相容性，扩大秸秆纤维/PBAT复合材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术所存在的问题，提供一种秸秆纤维经辐射改性处理后提高其表面活性和增大与PBAT树脂的粘接强度，再加入偶联剂来提高秸秆纤维和PBAT的相容性，制备出性能优异和环境友好的绿色复合材料，以满足人类社会可持续发展的需要。

本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法。该方法中通过双螺杆挤出机熔融共混使得秸秆纤维均匀地分散在PBS基体中，经辐射改性处理这样一种高效、环保且简单易行的方法来改善秸秆纤维的结构，提高其与PBS的界面相容性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：