[发明专利]一种挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于完全生物降解材料制备技术领域，公开了一种挤出反应增容蔗渣基完全生物降解复合材料及其制备方法。本发明以甘蔗渣纤维先用碱液处理，再经蒸汽爆破处理，可进一步增大蔗渣纤维的比表面积，加大蔗渣纤维素的反应可及性。以双螺杆挤出机为反应“容器”，利用双螺杆剪切和高温的作用，在进行复合材料熔融共混的同时完成蔗渣纤维与生物降解树脂间的反应增容，改善亲水性蔗渣纤维与疏水性生物降解树脂间的界面相容性，提高复合材料的力学性能。该方法可操作性强，投入成本低、易于工业化应用，制备的蔗渣基完全生物降解复合材料安全无毒、力学性能优异且能生物降解，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及完全生物降解材料制备技术领域，具体涉及一种挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料及其制备方法。

背景技术

植物纤维基完全生物降解复合材料因植物纤维来源广泛、价格低廉又能完全生物降解，日益受到学术界和工业界的重视。将植物纤维与可生物降解树脂通过熔融共混制备复合材料，在不影响材料完全生物降解性能的同时，还能降低原材料整体成本，有利于解决目前生物降解树脂价格昂贵而难以推广的问题。我国是制糖大国，每年以甘蔗制糖产生的副产物蔗渣(也称甘蔗渣)在千万吨级别，是一种纤维素含量较高、堆放集中的可再生生物质资源，但目前国内对甘蔗渣的利用附加值低。

现有技术中，学术界曾有学者尝试将蔗渣纤维与生物降解树脂复合，但蔗渣纤维属于亲水性天然高分子材料，生物降解树脂为疏水性聚合物，两者界面不相容问题一直是学术界的研究热点。多数围绕蔗渣纤维表面改性降低纤维极性，或通过生物降解树脂接枝改性使其产生羧基或环氧基基团来增强蔗渣纤维与生物降解树脂的相容性，这两种方法能在一定程度上改善复合材料的界面性能，但多为两步法，特别是个别反应需要用到溶剂、引发剂、无氧氛围，改性工艺繁琐且大多停留在实验室阶段，难以大规模工业化应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料的制备方法，利用甘蔗渣提取的甘蔗渣纤维进行简单的处理后制备完全生物降解复合材料，提高了甘蔗渣资源高效高利用附加值，为甘蔗渣资源利用提供有效途径。该制备方法改善了亲水性甘蔗渣纤维与疏水性生物降解树脂间的界面相容性，提高了复合材料的力学性能。该方法可操作性强，投入成本低、易于工业化应用，制备的蔗渣基完全生物降解复合材料安全无毒、力学性能优异且能生物降解，具有广阔的应用前景。

本发明的另一目的在于提供一种挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料，其力学性能优异，广泛应用于农业、汽车内饰、医疗等领域，具有较好的经济效益和广阔的应用前景。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、蔗渣纤维预处理：将甘蔗渣纤维粉碎，筛选，碱液处理，洗涤，接着干燥成含一定水量的湿蔗渣，对湿蔗渣依次进行蒸汽爆破处理、收集和干燥，得到预处理蔗渣纤维；

(S2)、原料预混合：将生物降解树脂、高反应活性环氧化合物、助剂以及步骤(S1)得到的预处理蔗渣纤维进行混合，得到预混合料；

(S3)、反应挤出：将步骤(S2)得到的预混合料进行熔融反应、挤出造粒，得到挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料。

本发明的挤出反应增容蔗渣基生物降解复合材料的制备方法，以甘蔗渣纤维先用碱液处理，再经蒸汽爆破处理，可进一步增大甘蔗渣纤维的比表面积，加大甘蔗渣纤维的反应可及性，提高甘蔗渣纤维与生物降解树脂的结合力。预混合料在进行熔融共混的同时完成甘蔗渣纤维与生物降解树脂间的反应增容，改善亲水性甘蔗渣纤维与疏水性生物降解树脂间的界面相容性，从而提高复合材料的力学性能。该方法可操作性强，投入成本低、易于工业化应用，制备的蔗渣基完全生物降解复合材料安全无毒、力学性能优异且能生物降解，具有广阔的应用前景。