CN102618000B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，该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。该复合材料以聚乳酸作为基体，加入经过改性过的农作物秸秆纤维和麻类纤维，采用注塑成型方法加工成型。由上述原料和纤维制成的复合材料可完全生物降解，具有较好的机械性能和较低的成本等特点，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，可应用在工程建设、室内装饰、汽车内饰等各个领域，解决白色污染带来的环境问题。
Description
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，
D为实施例3制得的复合材料(纤维混杂比2∶1)的图线。
具体实施方式
以下通过实施例讲述本发明的详细内容，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
对比例：
麻纤维增强聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和麻纤维，按照质量百分比计，其中，含有麻纤维为30％，用注塑机直接注塑成力学样条，测得力学性能如表1所示。
实施例1：
将去除叶子的玉米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。将玉米纤维用40目的筛子过筛，得到长度为2～5mm的玉米纤维。将剑麻纤维剪长度为2～5mm的短切纤维。按照质量百分比，将用蒸馏水洗净的玉米纤维和剑麻纤维分别浸泡在10％的氢氧化钠溶液中3-4小时，纤维和氢氧化钠溶液的质量比为1∶10，用蒸馏水洗涤碱处理过后的纤维三次，再用醋酸进行中和至中性，然后用蒸馏水进行清洗一次，最后放入温度为80℃干燥箱中6-8小时。将上述碱处理过的玉米纤维和剑麻纤维按照质量比为1∶2形成含有玉米和剑麻纤维的混杂纤维。
按照质量百分比计，将干燥的70％的聚乳酸和30％的混杂纤维混合均匀后，按照需要用注塑机直接注塑成型，其注塑温度为160℃。本实施例中为了便于对材料进行测试，是用注塑机直接注塑成力学样条，其性能见表1。
实施例2：
玉米纤维和剑麻纤维的处理过程和工艺条件同实施例1，按照玉米纤维和剑麻纤维的质量比为1∶1形成混杂纤维，按照质量百分比计，将干燥的70％的聚乳酸和30％的混杂纤维混合均匀后用注塑机直接注塑成力学样条，其注塑温度为170℃。其性能见表1。
实施例3：
玉米纤维和剑麻纤维的处理过程和工艺条件同实施例1，按照玉米纤维和剑麻纤维的质量比为2∶1形成混杂纤维，按照质量百分比计，将干燥的70％的聚乳酸和30％的混杂纤维混合均匀后用注塑机直接注塑成力学样条，其注塑温度为180℃。其性能见表1。
检测上述各实施例制备的农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料的力学性能，是利用直接注塑成型法，采用珠海三思试验设备公司生产的万能试验机测得复合材料的拉伸和弯曲性能，参照ASTM D638和D790标准，采用承德金建检测设备制造有限公司生产的型号为XCD-50的简支梁冲击试验机测得复合材料的冲击性能，参照ISO 180标准。
表1玉米纤维和剑麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料力学性能数据
综上，本发明复合材料中，对于一定含量的混杂纤维，复合材料的力学性能随着剑麻纤维含量的增多而增大。
图1、图2和图3是本发明复合材料的动态力学性能分析，从能量角度分析了玉米纤维和剑麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料的力学性能。所得到的结果与表1相符。相对于麻纤维增强聚乳酸复合材料，本发明复合材料的性能得到了很好的改善。由于各种农作物秸秆纤维在复合材料中所起的增强作用相差微小；还有，各种天然麻纤维在复合材料中所起的增强作用相差微小，因此，通过对本发明实施例的测试结果，足以说明用农作物秸秆纤维和麻纤维混杂增强聚乳酸可以得到机械性能良好的复合材料。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料，其特征在于：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；
并按照下述方法制备：
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℃。
2.根据权利要求1所述农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述农作物秸秆和麻纤维混杂增强聚乳酸复合材料，其特征在于，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。
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