CN109517349A - 一种聚乳酸力学性能改良方法及应用、可降解仿生鱼饵的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚乳酸力学性能改良方法及应用、可降解仿生鱼饵的制备方法，涉及高分子材料改性技术及其应用领域。本发明利用硅烷偶联剂对纳米粉体纤维素的表面进行改性，使其与聚乳酸的相容性增大，对聚乳酸的力学性能改良效果更佳，同时纳米粉体纤维素也是可降解材料，其加入不会改变聚乳酸复合材料的可降解性能。本发明对改良后的聚乳酸进一步加入了芍药，提高了其诱鱼效果，且复合材料的拉伸性能、冲击性能没有因芍药的加入而降低，故复合材料具有可降解、力学性能优和诱鱼效果佳等多种优异性能，可应用于仿生鱼饵的制备。

Description

一种聚乳酸力学性能改良方法及应用、可降解仿生鱼饵的制 备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料改性技术及其应用领域，具体是涉及一种聚乳酸力学性能改良方法及应用、可降解仿生鱼饵的制备方法。

背景技术

垂钓爱好者都知道“姜太公钓鱼，愿者上钩”只是一种美好的愿望，想诱鱼上钩，就需要合适的鱼饵。常见的鱼饵有两类：食用类和合成类。前者诱鱼效果较佳，但需要频繁更换饵料；后者虽是合成类的“假”鱼饵，但只要其仿生效果逼真，则更受垂钓爱好者的青睐。目前市场所售的仿生鱼饵多用难以降解的塑料如聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等材料合成，当这些饵料脱落掉入水中，长时间无法降解势必对水体生态造成不良的影响。

聚乳酸可由植物中提取合成，其在自然条件下即可降解，生成水和二氧化碳，故利用聚乳酸合成的鱼饵即使脱落，也不会对水体生态环境造成影响或破坏；但是聚乳酸材料易断裂、韧性差限制了其直接用于仿生鱼饵的合成。故想利用聚乳酸作为仿生鱼饵的原材料，必须先对其脆性和韧性进行改良。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种聚乳酸的脆性和韧性改良方法，并且将改良的聚乳酸应用于仿生鱼饵的制备。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种聚乳酸力学性能改良方法，首先利用硅烷偶联剂对纳米粉体纤维素的表面进行改性，使纳米粉体纤维素与聚乳酸之间的相容性增大，再通过两者复合实现对聚乳酸的力学性能进一步改良。

作为本发明的聚乳酸力学性能改良方法的进一步优选，步骤如下：

步骤一、纳米粉体纤维素的表面硅烷化处理：

首先按硅烷偶联剂：水：乙醇＝20：8：72的体积比配制改性溶液，用盐酸调节pH值至4～5，在50℃下用磁力搅拌器搅拌，水解30min；然后按改性溶液：纳米粉体纤维素＝50mL：125g的添加比例将纳米粉体纤维素加入至改性溶液中，然后继续搅拌1h，用离心机离心洗涤，最后60℃条件下在干燥箱中烘干，得到硅烷偶联剂改性后的纳米粉体纤维素；

步骤二、纳米粉体纤维素改良聚乳酸：

称取一定质量的聚乳酸于烧杯中，取占聚乳酸重量比为1wt％的液体石蜡与其均匀混合，再将占聚乳酸重量比为0～4wt％的硅烷偶联剂处理后的纳米粉体纤维素加入并均匀混合，然后在60℃下干燥24h，得到改良聚乳酸复合材料。

作为本发明的聚乳酸力学性能改良方法的一种具体应用，是将改良的聚乳酸应用于可降解仿生鱼饵的制备，具体制备步骤如下：

称取一定质量的改良聚乳酸复合材料，向复合材料中加入占其重量比为1％的液体石蜡，混合摇匀；然后再加入占复合材料重量比为0.1％的芍药提取物，摇匀混合，在60℃条件下干燥24h；最后将干燥好的复合材料通过注塑机注塑成仿生鱼饵。

本发明首先利用纳米粉体纤维素改良聚乳酸的脆性和韧性，因为纳米粉体纤维素是一种有机纳米粒子，是纤维素经过一系列的物理或化学法处理得到的，其密度低、强度高、弹性模量高，可提高聚乳酸的一系列性能。但是由于纤维素晶体结构是由聚多糖的纳米单元构成，表面有大量的亲水性羟基，为极性结构，其与聚乳酸间的极性差别大，故二者的相容性很差。直接将纳米粉体纤维素与聚乳酸混合，其与聚乳酸间的界面黏结性差，最终是长径比大的纳米粉体纤维素的增强效应并不会得不到充分发挥。所以本发明先对纳米粉体纤维素进行改性，再对聚乳酸添加了改性前后的纳米粉体纤维素进行改良对比，通过对其拉伸性能、冲击性能的表征和分析，优化后的材料可应用于全生物降解的仿生鱼饵的制备。

相对于现有技术，本发明的有益效果表现如下：

1)、本发明的制备方法简单，绿色环保。

2)、本发明利用硅烷偶联剂对纳米粉体纤维素的表面进行改性，使其与聚乳酸的相容性增大，对聚乳酸的力学性能改良效果更佳，同时纳米粉体纤维素也是可降解材料，其加入不会改变聚乳酸复合材料的可降解性能。

3)、本发明对改良后的聚乳酸进一步加入了芍药，提高了其诱鱼效果，且复合材料的拉伸性能、冲击性能没有因芍药的加入而降低，故复合材料具有可降解、力学性能优和诱鱼效果佳等多种优异性能，可应用于仿生鱼饵的制备。

附图说明

以下结合实施例和附图对本发明作出进一步的详述。

图1未改性纳米粉体纤维素的添加量对所制备聚乳酸复合材料的拉伸性能(A)和冲击性能(B)影响。

图2改性后的纳米粉体纤维素的添加量对所制备聚乳酸复合材料拉伸性能(A)和冲击性能(B)影响。

图3在添加诱食剂情况下，改性后的纳米粉体纤维素的添加量对所制备聚乳酸复合材料拉伸性能(A)和冲击性能(B)影响。

具体实施方式

本发明选用可降解的聚乳酸作为原材料，通过添加适量的改性纳米粉体纤维素对其力学性能进行改良，再添加诱食剂提高其作为仿生鱼饵的诱鱼效果。

实施例1

未改性的纳米粉体纤维素的添加量对聚乳酸复合力学性能影响：

共5组实验，分别称取100g的聚乳酸于烧杯中，并取1g的液体石蜡与其均匀混合，再分别称取0g、1g、2g、3g、4g(占聚乳酸重量比例分别为0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％)的纳米粉体纤维素加入并均匀混合，然后分别在60℃下干燥24h。将干燥好的每组纳米粉体纤维素与聚乳酸混合物通过注塑机注塑成所需样品，对其拉伸性能和冲击性能测试。

如图1所示，随着纳米粉体纤维素添加量的增高，纳米粉体纤维素聚乳酸复合材料的拉伸强度逐渐下降(图1A)，而当未改性纳米粉体纤维素的添加量为1％时，聚乳酸复合材料的冲击强度增加最大，约为32％(图1B)，说明纳米粉体纤维素对聚乳酸的韧性虽有一定的提高，但是效果欠佳。推测是因为聚乳酸与纳米粉体纤维素的界面相容性差，使得加入纳米粉体纤维素后，聚乳酸内的聚乳酸分子链之间的氢键和范德华力破坏了大分子链间形成的交联结点，所以提高聚乳酸与纳米粉体纤维素之间的界面相容性才是提高纳米粉体纤维素聚乳酸复合材料机械性能的关键。

实施例2

改性的纳米粉体纤维素的添加量对聚乳酸力学性能影响：

步骤一、纳米粉体纤维素的表面硅烷化改性处理：

首先按硅烷偶联剂(KH560)：水：乙醇＝20：8：72的体积比配制50mL的改性溶液，用盐酸调节pH值至4～5，在50℃下用磁力搅拌器搅拌，水解30min；然后将125g纳米粉体纤维素加入至改性溶液中，然后继续搅拌1h，用离心机离心洗涤，最后60℃条件下在干燥箱中烘干，得到硅烷偶联剂改性后的纳米粉体纤维素。

步骤二、纳米粉体纤维素改良聚乳酸制备复合材料：

共5组实验，分别称取100g的聚乳酸于烧杯中，并取1g的液体石蜡与其均匀混合，再分别称取0g、1g、2g、3g、4g(占聚乳酸重量比例分别为0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％)的硅烷偶联剂处理后的纳米粉体纤维素加入并均匀混合，然后分别在60℃下干燥24h。将干燥好的每组改性纳米粉体纤维素与聚乳酸混合物通过注塑机注塑成所需的拉伸样品和冲击样品。

对此复合材料进行力学性能测试，结果是利用硅烷基化改性后的纳米粉体纤维素对聚乳酸的拉伸和冲击性能都有明显的提高，如图2所示，当改性的纳米粉体纤维素添加量为2wt％时，增韧效果最为明显，复合材料的拉伸强度较纯聚乳酸提高了约25％，断裂伸长率提高了约75％(图2A)，冲击强度提升最大达100％(图2B)。

将此结果与实施例1对比研究，推测是因为纳米粉体纤维素经过硅烷偶联剂改性后，减少了其表面的羟基，进而改善了其疏水性，聚乳酸与纳米粉体纤维素之间的界面相容性得到提高，故加入改性后的纳米粉体纤维素使聚乳酸复合材料机械性能提高明显。但是，当硅烷基化后的纳米粉体纤维素添加量超过2wt％时，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都有一定的下降，推测是因为添加硅烷基化后的纳米粉体纤维素量过多后，其本身易发生团聚，从而形成大尺寸的颗粒，形成的颗粒因为体积大，导致其与聚乳酸之间的界面黏结性较差，弱界面在外力的作用下易断裂，使得复合材料的机械性能下降，易发生断裂。

实施例3

改良的聚乳酸用于可降解仿生鱼饵的制备：

共5组实验，分别称取100g的改性纳米粉体纤维素与聚乳酸复合材料(依次为依实施例2方法制备的5组复合材料)，向每组复合材料中加入1g的液体石蜡，混合摇匀；然后再分别加入0.1g的芍药提取物，摇匀混合，在60℃条件下干燥24h；最后将干燥好的各组复合材料通过注塑机注塑成所需的拉伸样品和冲击样品。

对其力学性能测试，如图3所示，在向复合材料加入诱食剂芍药提取物后，复合材料在增加诱食效果的同时，其拉伸强度、断裂伸长率(图3A)以及冲击强度(图3B)并没有发生明显的变化，这说明诱食剂芍药提取物并不影响改性纳米粉体纤维素对聚乳酸的增韧效果，所以由改性纳米粉体纤维素增韧的聚乳酸添加诱食剂后制备而成的仿生鱼饵具备可降解、力学性能佳、诱鱼效果好等特点。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种聚乳酸力学性能改良方法，其特征在于，首先利用硅烷偶联剂对纳米粉体纤维素的表面进行改性，使纳米粉体纤维素与聚乳酸之间的相容性增大，再通过两者复合实现对聚乳酸的力学性能进一步改良。

2.如权利要求1所述的改良方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、纳米粉体纤维素的表面硅烷化处理：

首先按硅烷偶联剂：水：乙醇＝20：8：72的体积比配制改性溶液，用盐酸调节pH值至4～5，在50℃下用磁力搅拌器搅拌，水解30min；然后按改性溶液：纳米粉体纤维素＝50mL：125g的添加比例将纳米粉体纤维素加入至改性溶液中，然后继续搅拌1h，用离心机离心洗涤，最后60℃条件下在干燥箱中烘干，得到硅烷偶联剂改性后的纳米粉体纤维素；

步骤二、纳米粉体纤维素改良聚乳酸：

称取一定质量的聚乳酸于烧杯中，取占聚乳酸重量比为1wt％的液体石蜡与其均匀混合，再将占聚乳酸重量比为0～4wt％的硅烷偶联剂处理后的纳米粉体纤维素加入并均匀混合，然后在60℃下干燥24h，得到改良聚乳酸复合材料。

3.一种利用如权利要求2所述方法改良的聚乳酸在制备可降解仿生鱼饵中的应用，其特征在于，制备步骤如下：

称取一定质量的改良聚乳酸复合材料，向复合材料中加入占其重量比为1％的液体石蜡，混合摇匀；然后再加入占复合材料重量比为0.1％的芍药提取物，摇匀混合，在60℃条件下干燥24h；最后将干燥好的复合材料通过注塑机注塑成仿生鱼饵。