CN107216624A - 一种木粉改性聚乳酸的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木粉改性聚乳酸的复合材料及其制备方法，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉11～26份、柳木木粉8～19份、槐木木粉7～17份、顺丁烯二酸酐5～17份、乙二醇5～12份、L‑丙交酯单体3～12份、硅烷偶联剂4～11份、碳纳米管8～19份、聚乳酸23～50份。(1)本发明所述木粉改性聚乳酸的复合材料是一种环境友好型材料，拥有广泛的应用前景；(2)本发明所述复合材料改善了聚乳酸脆性大的缺陷，使得其性能得到提升；(3)本发明所述材料改善木粉与聚乳酸相容性差的问题。

Description

一种木粉改性聚乳酸的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料领域，涉及一种聚乳酸包装材料，具体为一种木粉改性聚乳酸的复合材料及其制备方法。
背景技术
由于聚乳酸可再生，而且聚乳酸易加工成型，在自然界中可以用玉米淀粉的一些可再生资源生产，所以在现代社会中，人们已经开始逐步的利用聚乳酸来代替聚乙烯、聚氯乙烯等一些以石油为原料的塑料制品。与此同时，聚乳酸也有着和其他塑料同样的缺点，在生产实践中，我们同样需要解决。其中通过在聚乳酸基体中填充木纤维可以解决聚乳酸本身所存在的一些缺点。首先加入木粉之后可以提高复合材料的力学性能。其次与市场上普遍使用的聚氯乙烯相比，聚乳酸的价格还是偏高，而木粉的价格偏低，而且可以使用工业生产中废弃材料或者生活中的边角余料，这样既可以有效的降低复合材料的成本，在加入木粉后既可以增加强度又可以节省成本，这样就使得木粉/聚乳酸复合材料在未来市场中更具竞争力。
虽然聚乳酸易于加工，且硬度很大，但是聚乳酸质地很脆，所以在实际应用中，需要对聚乳酸进行改性处理，或者加入其他物质形成复合材料，以克服聚乳酸的这些缺点。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种质地柔软的聚乳酸材料，本发明提供了一种木粉改性聚乳酸的复合材料及其制备方法。
技术方案：一种木粉改性聚乳酸的复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉11～26份、柳木木粉8～19份、槐木木粉7～17份、顺丁烯二酸酐5～17份、乙二醇5～12份、L-丙交酯单体3～12份、硅烷偶联剂4～11份、碳纳米管8～19份、聚乳酸23～50份。
优选的，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉22份、柳木木粉14份、槐木木粉13份、顺丁烯二酸酐14份、乙二醇9份、L-丙交酯单体8份、硅烷偶联剂8份、碳纳米管13份、聚乳酸43份。
所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％～28％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应1.5～4小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1～3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.4Pa～-0.1Pa，温度为70～85℃；
(3)采用质量分数为22％～42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35～55℃，时间为1.5～4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9～13:2～5混合，溶剂为甲苯，在45～55℃条件下反应1～3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20～50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃～190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
优选的，步骤(1)中采用质量分数为23％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应3.5小时。
优选的，步骤(2)中将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为79℃。
优选的，步骤(3)中采用质量分数为38％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用。
优选的，步骤(4)中在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比11:4混合，溶剂为甲苯，在50℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应42分钟后室温下冷却。
优选的，步骤(5)中将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为184℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
有益效果：(1)本发明所述木粉改性聚乳酸的复合材料是一种环境友好型材料，拥有广泛的应用前景；(2)本发明所述复合材料改善了聚乳酸脆性大的缺陷，使得其性能得到提升；(3)本发明所述材料改善木粉与聚乳酸相容性差的问题。
具体实施方式
实施例1
一种木粉改性聚乳酸的复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉11份、柳木木粉8份、槐木木粉7份、顺丁烯二酸酐5份、乙二醇5份、L-丙交酯单体3份、硅烷偶联剂4份、碳纳米管8份、聚乳酸23份。
所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应1.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.4Pa，温度为70℃；
(3)采用质量分数为22％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35℃，时间为1.5小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9:2混合，溶剂为甲苯，在45℃条件下反应1小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
实施例2
一种木粉改性聚乳酸的复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉22份、柳木木粉14份、槐木木粉13份、顺丁烯二酸酐14份、乙二醇9份、L-丙交酯单体8份、硅烷偶联剂8份、碳纳米管13份、聚乳酸43份。
所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为23％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应3.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为79℃；
(3)采用质量分数为38％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比11:4混合，溶剂为甲苯，在50℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应42分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为184℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
实施例3
一种木粉改性聚乳酸的复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉26份、柳木木粉19份、槐木木粉17份、顺丁烯二酸酐17份、乙二醇12份、L-丙交酯单体12份、硅烷偶联剂11份、碳纳米管19份、聚乳酸50份。
所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为28％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应4小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.1Pa，温度为85℃；
(3)采用质量分数为42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为55℃，时间为4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比13:5混合，溶剂为甲苯，在55℃条件下反应3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
对实施例1～3制备获得的木粉改性聚乳酸的复合材料进行检测，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度/MPa 31.2 38.2 36.5
拉伸模量/GPa 1.9 2.6 2.2
断裂伸长率/％ 6.5 7.1 6.8
吸水率/％ 10 16 13

Claims (8)

1.一种木粉改性聚乳酸的复合材料，其特征在于，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉11～26份、柳木木粉8～19份、槐木木粉7～17份、顺丁烯二酸酐5～17份、乙二醇5～12份、L-丙交酯单体3～12份、硅烷偶联剂4～11份、碳纳米管8～19份、聚乳酸23～50份。
2.根据权利要求1所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料，其特征在于，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：杨木木粉22份、柳木木粉14份、槐木木粉13份、顺丁烯二酸酐14份、乙二醇9份、L-丙交酯单体8份、硅烷偶联剂8份、碳纳米管13份、聚乳酸43份。
3.权利要求1或2所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％～28％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应1.5～4小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1～3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.4Pa～-0.1Pa，温度为70～85℃；
(3)采用质量分数为22％～42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35～55℃，时间为1.5～4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9～13:2～5混合，溶剂为甲苯，在45～55℃条件下反应1～3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20～50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃～190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
4.根据权利要求3所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用质量分数为23％的碳酸钠水溶液处理杨木木粉、柳木木粉和槐木木粉，反应3.5小时。
5.根据权利要求3所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为79℃。
6.根据权利要求3所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用质量分数为38％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用。
7.根据权利要求3所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比11:4混合，溶剂为甲苯，在50℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应42分钟后室温下冷却。
8.根据权利要求3所述的一种木粉改性聚乳酸的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中将步骤(4)处理后的纤维粉末与顺丁烯二酸酐、乙二醇、硅烷偶联剂、碳纳米管和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为184℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
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