CN110746656A

CN110746656A - 一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN110746656A
Application number: CN201911094873.2A
Authority: CN
Inventors: 曾广胜; 江太君; 尹琛; 孟聪; 陈一; 胡灿; 刘水长
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-02-04

Abstract

本发明公开了一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，以植物纤维、塑化淀粉、PLA发泡微珠和助剂为原材料制备而成。本发明采用大长径比的植物纤维作为骨架增强塑化淀粉为主材，通过引入PLA发泡微珠制备高强度植物纤维增强塑化淀粉复合材料，制备的复合材料密度降低20%以上，拉伸强度无明显降低，抗弯强度高。

Description

一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及发泡材料技术领域，更具体地，涉及一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料及其制备方法。

背景技术

淀粉是一种来自于自然植物的可再生可循环的绿色材料，其不仅可以作为粮食用供人类使用，也被广泛应用于化工与新材料领域用于制备各类复合材料。因其优异的可生物降解性能，淀粉通常作为填充来制备热塑性高生物碳含量生物基复合材料，广泛应用于一次性用品，在当前石化资源日益短缺，白色污染日益严重的大环境下越来越受到人们的重视。

植物纤维是另一种广泛存在于自然界且为可再生生物质资源，与淀粉相比，其具有更大的长径比与更高的比强度，是制备生物基复合材料的非常重要的原材料。具有较高长径比与比强度的植物纤维在复合材料中可以构造出三维结构，形成支撑骨架，连接连续相基体，形成结构增强材料。将淀粉与植物纤维进行混合，借助植物纤维构成的三维结构与塑化淀粉形成的连续粘接相制备出具有三维有序的复合材料可有实现高强度全降解复合材料，改变传统依靠单纯共混实现的单取向或杂乱取向的材料结构，扩展材料的应用范围。但是直接将植物纤维与淀粉进行复合制备的复合材料存在密度大，应用范围受限的问题，如果能将这种全降解的复合材料进行发泡处理，有效减轻制品的密度应用范围与客户接受度将得到很大的拓展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，密度小，拉伸强度高。

本发明的另一目的在于提供上述植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，原材料质量分数如下：植物纤维：10~40%、塑化淀粉：30~50%、PLA发泡微珠：10~40%、助剂：0.5~6%。

进一步地，所述植物纤维含水率低于5%，长径比为4~20。

进一步地，所述PLA发泡微珠的粒径为0.2~0.5mm。

进一步地，所述塑化淀粉包括淀粉和塑化剂。

进一步地，所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉的至少一种；所述塑化剂为甘油、尿素和聚乙二醇。

进一步地，所述助剂包括润滑剂和抗氧剂。

进一步地，所述润滑剂为芥酸酰胺与EBS中至少一种。

进一步地，所述抗氧剂为1076和1010中至少一种。

一种上述植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将淀粉和塑化剂加入高混机混合均匀后静置，得塑化淀粉；

S2.将植物纤维、PLA发泡微珠和助剂继续加入至高混机中混合均匀；

S3.将步骤S2中的混合料加入平行双螺杆挤出机挤出造粒，得植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料。

进一步地，步骤S3中所述造粒过程中加工温度不超过150℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下;

本发明采用大长径比的植物纤维作为骨架增强塑化淀粉为主材，通过引入PLA发泡微珠制备高强度植物纤维增强塑化淀粉复合材料，制备的复合材料密度降低20%以上，拉伸强度无明显降低，抗弯强度高，应用范围可以得到更好拓展。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

本实施例提供一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，所用原材料如下：长径比为10的植物纤维：30%、玉米淀粉：40%、0.2mmPLA发泡微珠：21%、甘油：3.5%、尿素：2.5%、聚乙二醇：2%、芥酸酰胺：0.5%、抗氧剂1076：0.025%、抗氧剂1010 ：0.025%；具体步骤如下：

S1.将淀粉和塑化剂加入高混机混合均匀后静置8小时，得塑化淀粉；

S2.将植物纤维、PLA发泡微珠和助剂继续加入至高混机中先高速混合5分钟，再低速混合10分钟；

S3.将步骤S2中的混合料加入平行双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度不超过150℃，得植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料。

本实施例制备的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料拉伸强度为21.8MPa，断裂伸长率为145%，注塑发泡密度可达0.82g/cm³。

实施例2

本实施例提供一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，所用原材料如下：长径比为15的植物纤维：25%、玉米淀粉：50%、0.4mmPLA发泡微珠：10%、甘油：5%、尿素：4%、聚乙二醇：4%、芥酸酰胺：1.5%、抗氧剂1076：0.5%；具体步骤如下：

S1.将淀粉和塑化剂加入高混机混合均匀后静置6小时，得塑化淀粉；

本实施例制备的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料拉伸强度为19.4MPa，断裂伸长率为112%，注塑发泡密度可达0.90g/cm³。

实施例3

本实施例提供一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，所用原材料如下：长径比为20的植物纤维：40%、木薯淀粉：5%、玉米淀粉：25%、0.2mm PLA发泡微珠：14%、甘油：2%、尿素：6%、聚乙二醇：5%、芥酸酰胺：2%、EBS：0.5%、抗氧剂1076：0.5%；具体步骤如下：

S1.将淀粉和塑化剂加入高混机混合均匀后静置10小时，得塑化淀粉；

本实施例制备的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料拉伸强度为19.8MPa，断裂伸长率为124%，注塑发泡密度可达0.87g/cm³。

实施例4

本实施例参照实施例1，提供一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，与实施例1不同之处在于，所用原材料如下：长径比为4的植物纤维：15%、木薯淀粉：30%、0.5mmPLA发泡微珠：40%、甘油：4%、尿素：4%、聚乙二醇：5%、芥酸酰胺：1%、EBS：0.5%、抗氧剂1076：0.5%；具体步骤如下：

本实施例制备的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料拉伸强度为20.4MPa，断裂伸长率为132%，注塑发泡密度可达0.85g/cm³。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，原材料质量分数如下：植物纤维：10~40%、塑化淀粉：30~50%、PLA发泡微珠：10~40%、助剂：0.5~6%。

2.根据权利要求1所述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述植物纤维含水率低于5%，长径比为4~20。

3.根据权利要求1所述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述PLA发泡微珠的粒径为0.2~0.5mm。

4.根据权利要求1所述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述塑化淀粉包括淀粉和塑化剂。

5.根据权利要求4述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉的至少一种；所述塑化剂为甘油、尿素和聚乙二醇。

6.根据权利要求1所述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述助剂包括润滑剂和抗氧剂。

7.根据权利要求6述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述润滑剂为芥酸酰胺与EBS中至少一种。

8.根据权利要求6述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为1076和1010中至少一种。

9.一种权利要求1~8一项所述的植物纤维增强塑化淀粉发泡复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述造粒过程中加工温度不超过150℃。