CN111534062A - 一种高性能pla/麻纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PLA/麻纤维复合技术领域，尤其是一种高性能PLA/麻纤维复合材料及其制备方法；所述PLA/麻纤维复合材料的质量份数组成如下：PLA65~75份、麻纤维15‑25份、偶联剂1~3份、相容剂5~8份、增塑剂3~8份、抗氧剂0.3~0.6份、流动性改性剂0.8‑1.2份。聚乳酸（PLA）是一种环境友好型可降解生物基材料，麻纤维是一种天然高分子材料，具有很高的强重比，其具有价格低、密度小、易降解、力学性能较好等优点，是一种环境友好型材料，PLA与麻纤维均为可生物降解材料，可再生利用，节约石油基资源，复合材料的废弃物在自然界中被微生物降解成二氧化碳和水，对自然界没污染，具有优良的可持续利用及环境友好特性。
Description
技术领域
本发明属于涉及PLA改性技术领域，具体涉及一种高性能PLA/麻纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
PLA使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成，属于一种环境友好的高分子材料。因其具有无毒，无刺激性特点，用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装、建筑、农业、林业、造纸和医疗卫生等领域。作为一种重要的生物基高分子材料，由于其良好的生物降解性和相容性、优异的物理力学强度和加工性，使聚乳酸无论是在生物医用领域，还是作为通用塑料的替代品在包装材料等领域都有着广泛的应用前景。从长远来看，聚乳酸的广泛应用对于从根本上解决塑料带来的环境污染、节省石油资源、缓解地球温室效应都具有重要而深远的意义。然而，脆性严重、成本较高、耐热性能差等这些自身缺陷极大的限制PLA的广泛应用。
麻纤维具有传统纤维无法比拟的诸多优点，与 PLA 制备成复合材料，不仅可以降低 PLA 的使用成本并且可以提高其使用性能，提高 PLA 的性价比，进一步拓展PLA 的应用范围，对于解决可持续发展有着重要的意义。PLA麻纤维基复合材料兼具可完全生物降解特性和优异的力学性能。随着原料可持续发展这个主题的延伸,环境意识材料已成为新时期国际高技术新材料研究中的一个新领域,麻纤维在增强复合材料领域中扮演着越来越重要的角色，可广泛应用于汽车、建筑、装潢等领域，具有广泛的发展前景。
使用PLA与麻纤维共混可以提高PLA的耐热性能及力学性能，有较低的加工温度，可大大降低该树脂的碳排放量。但目前市场上还没有成熟的PLA/麻纤维产品，一些学术研究中的PLA/麻纤维复合材料针对一部份性能做了改性研究，综合性能难以达到实际应用要求，且其制备方法较为复杂，不便于实际生产。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足，提供一种成本低、耐热、力学强度等综合性能良好的PLA/麻纤维复合材料，以使其满足实际应用时综合性能的要求。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
其原料组分按重量计，配方如下：PLA65~75份、麻纤维15-25份、偶联剂1~3份、相容剂5~8份、增塑剂3~8份、抗氧剂0.3~0.6份、流动性改性剂0.8-1.2份。
一种高性能PLA/麻纤维复合材料及其制备方法，其方法包括以下步骤：
(1)使用1-3份偶联剂对麻纤维进行预处理，将PLA与处理后的麻纤维在真空烘箱中80℃烘干2~4个小时。然后称取65~75份PLA，称取15-25份麻纤维备用。(2)将称取的PLA与3-8份增塑剂加入高混机中高混2-4 min，再将称取的5~8份相容剂、0.3~0.6份抗氧剂、0.8-1.2份流动性改性剂加入高混机中高混2-4 min。(3) 将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机主喂料筒中，在温度160-180℃、转速220-260r/min、主喂料频率14-18HZ，挤出过程中从侧喂料加入步骤（1）中的麻纤维，制备本发明所述的PLA/麻纤维复合材料。
本发明所述的PLA/麻纤维复合材料的制备方法，具有以下优点：
1、本发明PLA/麻纤维复合材料采用的主要原材料为生物基材料聚乳酸（PLA）和麻纤维材料，其具有生物可降解性，可以减少不可降解塑料带来的环境污染，对节省石油资源具有重要而深远的意义，能够使资源得到合理地开发与利用，具有显著的社会价值和经济价值。2、本发明制备的PLA/麻纤维复合材料具有较好的力学性能以及良好的耐热性能，且成本相对较低，拓展了PLA的应用范围。3、本发明PLA/麻纤维复合材料能够在双螺杆挤出机中一步完成，制备工艺简单且易于操作，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
实施例中所用的原材料，除特殊说明外，实施例中各组分都为重量份。
实施例1
（1）使用3份偶联剂对麻纤维进行预处理，将PLA与处理后的麻纤维在真空烘箱中80℃烘干2~4个小时。然后按重量份称取以下各种原料：PLA 67份、麻纤维 20份、相容剂7份、增塑剂6份、抗氧剂0.6份、流动性改性剂1份；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂；所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA）；所述增塑剂为聚乙二醇（PEG）；所述流动性改性剂为硬脂酸盐。（2）将步骤（1）中称取的PLA、增塑剂加入高混机，高混2-4min。再将步骤（1）中的相容剂、流动性改性剂、抗氧剂加入高混机中，高混2-4 min。（3）将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机主喂料筒中，在温度160-180℃、转速240r/min、主喂料频率16HZ，挤出过程中从侧喂料加入步骤（1）中的麻纤维，制备本发明所述的PLA/麻纤维复合材料。
对本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料进行检测，包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的性能指标，检测结果如下：
表1实施例1与市场通用PLA材料性能对比
性能对比小结：
本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料悬臂梁缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度均优于市场通用PLA材料。
实施例2
（1）使用2份偶联剂对麻纤维进行预处理，将PLA与处理后的麻纤维在真空烘箱中80℃烘干2~4个小时。然后按重量份称取以下各种原料：PLA 70份、麻纤维 18份、相容剂6份、增塑剂6份、抗氧剂0.3份、流动性改性剂1份；所述偶联剂为KH-550；所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物（EMA-GMA）；所述增塑剂为柠檬酸三丁酯（TBC）；所述流动性改性剂为硬脂酸。（2）将步骤（1）中称取的PLA、增塑剂加入高混机，高混2-4min。再将步骤（1）中的相容剂、流动性改性剂、抗氧剂加入高混机中，高混2-4 min。（3）将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机主喂料筒中，在温度160-180℃、转速250r/min、主喂料频率18HZ，挤出过程中从侧喂料加入步骤（1）中的麻纤维，制备本发明所述的PLA/麻纤维复合材料。
对本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料进行检测，包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的性能指标，检测结果如下：
表2实施例2与市场通用PLA材料性能对比
性能对比小结：
本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料悬臂梁缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度均优于市场通用PLA材料。
实施例3
（1）使用2份偶联剂对麻纤维进行预处理，将PLA与处理后的麻纤维在真空烘箱中80℃烘干2~4个小时。然后按重量份称取以下各种原料：PLA 65份、麻纤维 24份、相容剂5份、增塑剂6份、抗氧剂0.5份、流动性改性剂1.2份；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂；所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物（EMA-GMA）；所述增塑剂为葵二酸二丁酯（DBS）；所述流动性改性剂为硬脂酸盐。（2）将步骤（1）中称取的PLA、增塑剂加入高混机，高混2-4min。再将步骤（1）中的相容剂、流动性改性剂、抗氧剂加入高混机中，高混2-4min。（3）将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机主喂料筒中，在温度160-180℃、转速260r/min、主喂料频率15HZ，挤出过程中从侧喂料加入步骤（1）中的麻纤维，制备本发明所述的PLA/麻纤维复合材料。
对本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料进行检测，包括冲击强度、拉伸强度、弯曲强度在内的性能指标，检测结果如下：
表3实施例3与市场通用PLA材料性能对比
性能对比小结：
本实施例中制得的PLA/麻纤维复合材料悬臂梁缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度均优于市场通用PLA材料。
通过实施例1~3检测结果对比，实施例1~3所制得的PLA/麻纤维复合材料之间性能相差不大，且都优于市场通用PLA材料。因此，使用本方法制备的PLA/麻纤维复合材料具有良好的力学性能及耐热性能，且配方中使用环境友好型生物基材料聚乳酸（PLA）及麻纤维材料，具有显著的社会价值。
以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案范围内，对技术内容进行些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种高性能PLA/麻纤维复合材料及其制备方法，其特征在于所述PLA/麻纤维复合材料：利用麻纤维改性PLA，通过熔融挤出法制成复合材料，其原料组分按重量计，配方如下：PLA65~75份、麻纤维15-25份、偶联剂1~3份、相容剂5~8份、增塑剂3~8份、抗氧剂0.3~0.6份、流动性改性剂0.8-1.2份。
2.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述PLA的熔体质量流动速率MFR在≥20g/10min（210℃，2.16kg）。
3.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述麻纤维为黄麻纤维、剑麻纤维、苎麻纤维中的一种或几种复配。
4.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述偶联剂为为硅烷偶联剂KH-550、YDH-151或铝酸酯偶联剂中的一种。
5.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA）、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物（EMA-GMA）中的一种或几种复配。
6.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述增塑剂为柠檬酸三丁酯（TBC）、葵二酸二丁酯（DBS）、聚乙二醇（PEG）中的一种。
7.如权利要求书1所述的PLA/麻纤维复合材料，其特征在于所述流动性改性剂为硬脂酸、硬脂酸盐类中的一种或几种复配。
8.一种权利要求1-7任一项所述一种高性能PLA/麻纤维复合材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)使用1-3份偶联剂对麻纤维进行预处理，将PLA与处理后的麻纤维在真空烘箱中80℃烘干2~4个小时，然后称取65~75份PLA，称取15-25份麻纤维备用，(2)将称取的PLA与3-8份增塑剂加入高混机中高混2-4 min，再将称取的5~8份相容剂、0.3~0.6份抗氧剂、0.8-1.2份流动性改性剂加入高混机中高混2-4 min，(3) 将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机主喂料筒中，在温度160-180℃、转速220-260r/min、主喂料频率14-18HZ的工艺条件下挤出造粒，挤出过程中从侧喂料加入步骤（1）中的麻纤维，制备本发明所述的PLA/麻纤维复合材料。
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