CN107236319A - 一种可降解竹塑纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按配方称取配方量的可降解塑料、纳米蒙脱土、甘油和抗氧剂加入到高速混合机中混合3～10min；（2）按配方称取配方量的竹纤维、纳米氧化锌和偶联剂于另一个高速混合机中混合20～30min；（3）将步骤（1）中混合后的原料加入双螺杆挤出机的加料斗内，然后侧线加入步骤（2）中混合后的混合物，经熔融挤出，得到所述可降解竹塑纳米复合材料。本发明通过原料的选配及在基体树脂中使用竹粉，有效改善了竹纤维与树脂基体的结合性能及混合原料的熔体流动速率；所得复合材料具有100%的降解性能和优异的力学性能，综合性能优异，市场前景广阔。

Description

一种可降解竹塑纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解塑料技术领域，特别是涉及一种可降解竹塑纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
我国拥有丰富的竹资源，竹子具有生长速度极快、易成材、强度高等优点。为开发竹资源、近年来竹塑复合材料得到了快速发展。所谓竹塑复合材料是以竹粉或竹纤维与塑料为主要原料，在熔融状态下充分混炼而成的新型复合材料。竹塑复合材料具有天然竹材的美感，耐腐蚀、虫蛀，尺寸稳定性好，不褪色，易于切割、钻孔，充分利用自然废弃物，有利于环保等优点。竹塑复合材料被广泛用于建造平台、栏杆、步道、踏步、户外桌椅、花架、树池等户外建筑园林构件，也可用于室内装潢、包装、运输托盘等诸多领域。
现有竹塑复合材料大都使用聚丙烯、聚乙烯等塑料材料，其降解性能差，且竹纤维与塑料之间的界面结合性能差，竹塑复合材料在制备过程中存在原料熔体流动速率低，竹纤维分布均匀性差，产品存在性能缺陷等问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种可降解竹塑纳米复合材料，能够解决现有竹塑复合材料存在的已有不足之处。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配方称取配方量的可降解塑料、纳米蒙脱土、甘油和抗氧剂加入到高速混合机中混合3～10min；
（2）按配方称取配方量的竹纤维、纳米氧化锌和偶联剂于另一个高速混合机中混合20～30min；
（3）将步骤（1）中混合后的原料加入双螺杆挤出机的加料斗内，然后侧线加入步骤（2）中混合后的混合物，经熔融挤出，得到所述可降解竹塑纳米复合材料。
在本发明一个较佳实施例中，所述配方包括如下重量份组分的原料：可降解塑料40～60份、竹纤维30～50份、纳米氧化锌5～10份、纳米蒙脱土10～20份、甘油5～10份、偶联剂3～5份、抗氧剂0.5～1.5份。
在本发明一个较佳实施例中，所述可降解塑料包括质量比为3：2的聚乳酸和淀粉基生物可降解塑料；所述竹纤维的直径为30～300μm，其长径比大于等于500。
在本发明一个较佳实施例中，所述淀粉基生物可降解塑料的制备方法为：
a、植物淀粉氧化：将植物淀粉中加入过量的质量浓度为0.2～0.3g/ml的高碘酸钠溶液，室温下机械搅拌5～6h，然后过滤，并将滤饼先后用蒸馏水和无水乙醇清洗至无碘酸根离子；
b、糊化及混料：将步骤（1）中氧化后的淀粉溶于去离子水中，在一定温度下进行糊化反应，然后在搅拌的状态下先后向其中加入一定量的聚乙烯醇、甘油和竹粉，充分搅拌混合均匀；
c、干燥成型：将步骤（2）中的混合物在50～80℃下干燥至湿含量为30～40%，然后恒湿保存备用。
在本发明一个较佳实施例中，步骤b中，所述糊化反应的温度为85～90℃，时间为30～60min；所述聚乙烯醇、甘油和竹粉的加入量分别为步骤（1）中植物淀粉用量的20%、10%和5%，其中，竹粉的目数为300～500目。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述熔融挤出的工艺条件为：双螺杆挤出机的一区温度为160～220℃，二区为温度165～230℃，三区温度为170～240℃，四区为温度170～240℃，机头温度为170～245℃，原料在挤出机中停留时间3～5min，压力为22～25MPa。
本发明的有益效果是：本发明一种可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，操作简便，容易实现，其通过原料的选配及在基体树脂中使用竹粉，有效改善了竹纤维与树脂基体的结合性能及混合原料的熔体流动速率；所得复合材料具有100%的降解性能和优异的力学性能，综合性能优异，市场前景广阔。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
实施例1
一种可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其配方包括如下重量份组分的原料：可降解塑料40～60份、竹纤维30～50份、纳米氧化锌5～10份、纳米蒙脱土10～20份、甘油5～10份、偶联剂3～5份、抗氧剂0.5～1.5份。其中，所述可降解塑料包括质量比为3：2的聚乳酸和淀粉基生物可降解塑料；所述竹纤维的直径为30～300μm，其长径比大于等于500。
先制备淀粉基生物可降解塑料，步骤如下：
a、植物淀粉氧化：取20～30g碘酸钠溶于25℃，1000ml的去离子水中，得到质量浓度为0.2～0.3g/ml的高碘酸钠溶液；然后向植物淀粉中加入过量的已制备好的高碘酸钠溶液中，在室温下以100～300r/min的转速机械搅拌5～6h，然后过滤，并将滤饼先后用蒸馏水和无水乙醇清洗至无碘酸根离子，并防止滤饼干燥；
b、糊化及混料：将步骤（1）中氧化后的淀粉溶于去离子水中，在85～90℃的温度下进行糊化反应30～60min，然后在搅拌的状态下先后向其中加入占步骤（1）中植物淀粉用量的20%、10%和5%的聚乙烯醇、甘油和300～500目的竹粉，充分搅拌混合均匀；其中，竹粉已用偶联剂进行偶联处理；
c、干燥成型：将步骤（2）中的混合物在50～80℃下干燥至湿含量为30～40%，然后恒湿保存备用。
制备可降解竹塑纳米复合材料的方法，步骤如下：
（1）按配方称取配方量的可降解塑料、纳米蒙脱土、甘油和抗氧剂加入到高速混合机中混合3～10min；
（2）按配方称取配方量的竹纤维、纳米氧化锌和偶联剂于另一个高速混合机中混合20～30min；
（3）将步骤（1）中混合后的原料加入双螺杆挤出机的加料斗内，然后侧线加入步骤（2）中混合后的混合物，经熔融挤出，得到所述可降解竹塑纳米复合材料。所述熔融挤出的工艺条件为：双螺杆挤出机的一区温度为160～220℃，二区为温度165～230℃，三区温度为170～240℃，四区为温度170～240℃，机头温度为170～245℃，原料在挤出机中停留时间3～5min，压力为22～25MPa。
实施例2
一种可降解竹塑纳米复合材料，包括如下重量份组分：可降解塑料60份、直径为30～300μm，长径比大于等于500的竹纤维50份、纳米氧化锌10份、纳米蒙脱土20份、甘油10份、偶联剂5份、抗氧剂1.5份。其中，所述可降解塑料颗粒包括质量比为3：2的聚乳酸和淀粉基生物可降解塑料。所述淀粉基生物可降解塑料的制备方法及可降解竹塑纳米复合材料的制备方法同实施例1。
上述方法得到的竹塑纳米复合材料的降解率为100%，其力学性能测试在同行业中性能优异。
上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配方称取配方量的可降解塑料、纳米蒙脱土、甘油和抗氧剂加入到高速混合机中混合3～10min；
（2）按配方称取配方量的竹纤维、纳米氧化锌和偶联剂于另一个高速混合机中混合20～30min；
（3）将步骤（1）中混合后的原料加入双螺杆挤出机的加料斗内，然后侧线加入步骤（2）中混合后的混合物，经熔融挤出，得到所述可降解竹塑纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述配方包括如下重量份组分的原料：可降解塑料40～60份、竹纤维30～50份、纳米氧化锌5～10份、纳米蒙脱土10～20份、甘油5～10份、偶联剂3～5份、抗氧剂0.5～1.5份。
3.根据权利要求2所述的可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述可降解塑料包括质量比为3：2的聚乳酸和淀粉基生物可降解塑料；所述竹纤维的直径为30～300μm，其长径比大于等于500。
4.根据权利要求3所述的可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉基生物可降解塑料的制备方法为：
a、植物淀粉氧化：将植物淀粉中加入过量的质量浓度为0.2～0.3g/ml的高碘酸钠溶液，室温下机械搅拌5～6h，然后过滤，并将滤饼先后用蒸馏水和无水乙醇清洗至无碘酸根离子；
b、糊化及混料：将步骤（1）中氧化后的淀粉溶于去离子水中，在一定温度下进行糊化反应，然后在搅拌的状态下先后向其中加入一定量的聚乙烯醇、甘油和竹粉，充分搅拌混合均匀；
c、干燥成型：将步骤（2）中的混合物在50～80℃下干燥至湿含量为30～40%，然后恒湿保存备用。
5.根据权利要求4所述的可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述糊化反应的温度为85～90℃，时间为30～60min；所述聚乙烯醇、甘油和竹粉的加入量分别为步骤（1）中植物淀粉用量的20%、10%和5%，其中，竹粉的目数为300～500目。
6.根据权利要求1所述的可降解竹塑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述熔融挤出的工艺条件为：双螺杆挤出机的一区温度为160～220℃，二区为温度165～230℃，三区温度为170～240℃，四区为温度170～240℃，机头温度为170～245℃，原料在挤出机中停留时间3～5min，压力为22～25MPa。
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