CN112358712A - 一种甘蔗渣纤维/pha完全可降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料及其制备方法，涉及可降解材料技术领域。该可降解复合材料，包括甘蔗渣纤维30‑50份，PHA 50‑70份，甘油3‑5份，石蜡2份，抗氧化剂3‑5份，紫外线稳定剂3‑5份；所述甘蔗渣纤维的长径比大于等于20。本发明提供的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料，利用具有较高长径比的甘蔗渣纤维作为增强相，能够提供更好的增强效果。本发明提供的制备方法，通过将具有较高长径比的甘蔗渣纤维束分散成单根纤维，然后以甘蔗渣纤维作为增强相与聚羟基脂肪酸酯(PHA)进行熔融混炼、挤出造粒制得甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒，从而可提高复合材料的强度、力学性能。

Description

一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解材料技术领域，尤其涉及一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料及其制备方法。
背景技术
目前广泛应用的木塑复合材料是以生物质填料作为增强相，石油化工塑料作为基体相制备而成的新型复合材料。常见的生物质填料有木粉、秸秆粉、稻壳粉等，这类细小颗粒状的生物质填料的尺寸通常介于40目至80目之间(大约0.35-0.15mm)。由于这颗粒状填料在塑料基体中的增强效果有限，因此填充量过高会导致复合材料的力学性能无法满足使用条件。所以，填充量通常被控制在30％-50％之间。尽管有可降解的生物质填料作为增强相，仍然无法改变木塑复合材料是以石油化工塑料为主的情况。而且这类生物质填料均匀分散在塑料基体中被塑料充分包裹，在自然环境中仍然难以降解。因此对于目前的环保要求来说，以石油化工塑料为基体的木塑复合材料还是没能达到完全可降解的目标。但是目前的可降解塑料由于高昂的成本以及性能方面的缺陷并不能真正实现对石油化工塑料的替代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是背景技术中提到的一些缺陷，提供一种以可生物降解塑料为基体的完全可降解复合材料。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
第一方面，本发明提出一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料，包括以下重量份组分：
甘蔗渣纤维30-50份，PHA 50-70份，甘油3-5份，石蜡2份，抗氧化剂3-5份，紫外线稳定剂3-5份；所述甘蔗渣纤维的长径比大于等于20。
第二方面，本发明提供第一方面所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，按配比，取甘蔗渣纤维、PHA、甘油、石蜡、抗氧化剂、紫外线稳定剂装入高速混料机中混合均匀，得到混合料；其中，所述甘蔗渣纤维分散成单根纤维；
S2，将混合料加入加压式密炼机中，在熔融状态下混炼均匀得到料块；
S3，将料块破碎成小颗粒；
S4，将小颗粒进行挤条造粒，得到甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒；
S5，将母粒用注塑成型或模压成型的方式加工成预设形状。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1之前，还包括对甘蔗渣进行预处理。
其进一步地技术方案为，所述预处理操作包括，将喷淋后的湿甘蔗渣磨成细纤维状，烘干备用。
其进一步地技术方案为，所述预处理步骤之前，还包括将甘蔗渣中的蔗髓除去，再用清水喷淋甘蔗渣，得到湿甘蔗渣。
其进一步地技术方案为，所述预处理步骤具体为，将粒径为8-20目的湿甘蔗渣用磨盘机进行粗磨处理，磨盘间隙为0.4-0.8mm；粗磨完成后再换用细磨盘对粗磨后的物料进行精磨处理，磨盘间隙为0.1-0.38mm。
需要说明的是，本发明利用盘磨机对除髓后的甘蔗渣进行解纤处理，磨盘对甘蔗渣施加的机械剪切和摩擦作用能够将单根纤维从甘蔗渣原料中剥离出来，因此能够获得长径比在20以上的纤维状生物质填料。
其进一步地技术方案为，所述预处理步骤还包括，对精磨得到的物料过0.1-0.3mm的缝筛进行筛分，得到甘蔗渣纤维。
进一步地，还包括将经过筛分的甘蔗渣纤维在含水率较低的情况下充分疏解，烘干，以将甘蔗渣纤维分散成单根纤维。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1之前，还包括对PHA进行烘干处理。
其进一步地技术方案为，所述步骤S2的熔融温度为150-220℃。
其进一步地技术方案为，步骤S4中的挤条造粒是在双螺杆挤出机中进行。
需要说明的是，在木塑复合材料领域中，常用的颗粒状填料是通过粉碎机的研磨和粉碎作用直接将原料粉碎成细小颗粒状制得，这类小颗粒状的填料的长径比通常在3-5之间。通常来说，长径比更高的纤维状填料能够在塑料基体中起到更好的应力传递作用，从而发挥更好的增强作用。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
本发明提供的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料，以高长径比的甘蔗渣纤维作为填料替代木粉、稻壳粉作为增强相能够获得更高性能的复合材料。而且可以在粉状填充量的基础上进一步提高生物质填料的用量，从而降低可降解塑料的用量，对于降低复合材料的成本有较大意义。
本发明提供的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料，利用具有较高长径比的甘蔗渣纤维作为增强相，能够提供更好的增强效果，并且价格相对低廉的生物质填料与可降解塑料制备复合材料有助于控制材料成本。
本发明提供的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，通过将具有较高长径比的甘蔗渣纤维束分散成单根纤维，然后以甘蔗渣纤维作为增强相与聚羟基脂肪酸酯(PHA)进行熔融混炼、挤出造粒制得甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒，从而可提高复合材料的强度、力学性能。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
实施例1:
本实施例提供一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料及其制备方法，具体介绍如下：
先用10目网筛将甘蔗渣中的蔗髓除去，然后用清水喷淋甘蔗渣以除去泥沙、灰尘等杂质；
选用粗磨盘对湿甘蔗渣进行粗磨处理，磨盘间隙为0.5mm；
粗磨完成后再换用细磨盘对粗磨后的物料进行精磨处理，磨盘间隙为0.2mm；
将精磨完成后的物料用0.2mm缝筛进行筛分；
将通过筛板的甘蔗渣纤维在含水率较低的情况下充分疏解，烘干备用，使甘蔗渣纤维分散成单根纤维；
将PHA也烘干备用；
称取甘蔗渣纤维30份、PHA70份、甘油3份、石蜡2份置于高速混料机中混合均匀，得到混合料；
将混合料加入加压式密炼机中加热至180℃在熔融状态下混炼均匀得到料块；
用破碎机将料块破碎成小颗粒；
将破碎后的小颗粒用双螺杆挤出机进行挤条造粒，得到甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒，双螺杆挤出机的最高温度为180℃；
根据需求选用注塑成型或者模压成型方式将母粒加工成一定的形状或测试用的标准样条，即得到甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料。
实施例2:
本实施例提供一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料及其制备方法，具体介绍如下：
先用10目网筛将甘蔗渣中的蔗髓除去，然后用清水喷淋甘蔗渣以除去泥沙、灰尘等杂质；
选用粗磨盘对湿甘蔗渣进行粗磨处理，磨盘间隙为0.7mm；
粗磨完成后再换用细磨盘对粗磨后的物料进行精磨处理，磨盘间隙为0.2mm；
将精磨完成后的物料用0.2mm缝筛进行筛分；
将通过筛板的甘蔗渣纤维在含水率较低的情况下充分疏解，烘干备用，使甘蔗渣纤维分散成单根纤维；
将PHA也烘干备用；
称取甘蔗渣纤维50份、PHA50份、甘油5份、石蜡2份置于高速混料机中混合均匀，得到混合料；
将混合料加入加压式密炼机中加热至180℃在熔融状态下混炼均匀得到料块；
用破碎机将料块破碎成小颗粒；
将破碎后的小颗粒用双螺杆挤出机进行挤条造粒，得到甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒，双螺杆挤出机的最高温度为180℃；
根据需求选用注射或者模压成型方式将母粒加工成一定的形状或测试用的标准样条，即得到甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料。
对比例1
用网筛将稻壳中的甘蔗髓和泥沙灰尘等杂质除去，然后用粉碎机粉碎充分，取能够通过80目的稻壳粉烘干备用；称取烘干后的稻壳粉30份、PHA70份、甘油5份、石蜡2份置于高速混料机中混合均匀得混合料，再将混合料加入加压式密炼机中加热至180℃在熔融状态下混炼均匀得到料块；用破碎机将料块破碎成小颗粒后再用双螺杆挤出机进行挤条造粒，得到稻壳粉/PHA母粒，双螺杆挤出机的最高温度为180℃。根据需求选用注射或者模压成型方式将母粒加工成一定的形状或测试用的标准样条。
对比例2
取能够通过80目的木粉烘干备用；称取烘干后的木粉50份、PHA50份、甘油5份、石蜡2份置于高速混料机中混合均匀得混合料，再将混合料加入加压式密炼机中加热至180℃在熔融状态下混炼均匀得到料块；用破碎机将料块破碎成小颗粒后再用双螺杆挤出机进行挤条造粒，得到木粉/PHA母粒，双螺杆挤出机的最高温度为180℃。根据需求选用注射或者模压成型方式将母粒加工成一定的形状或测试用的标准样条。
力学性能测试：
按照GB/T1040.2—2006标准测试实施例1、2和对比例1、2所制备的复合材料拉伸性能，拉伸速率为10mm/min。按照GB/T1449—2005标准测试实施例1、2和对比例1、2所制备的复合材料弯曲性能。结果如表1所示。
表1实施例1、2和对比例1、2所得复合材料的力学性能对比
序号 拉伸强度(Mpa) 拉伸断裂伸长率(％) 弯曲强度(Mpa)
实施例1 10.9 0.7 24.6
实施例2 12.4 0.6 25.1
对比例1 7.6 0.5 17.6
对比例2 10.5 0.6 23.1
由上表可知，在纤维添加量为50％的情况下，甘蔗渣纤维/PHA复合材料的拉伸强度和弯曲强度均优于对比例1中的稻壳粉/PHA复合材料和对比例2中的木粉/PHA复合材料，而且含量为30％的甘蔗渣纤维/PHA复合材料的力学性能也高于含量为50％的稻壳粉/PHA复合材料和木粉/PHA复合材料。说明本发明制备的具有更高长径比的甘蔗渣纤维具有更好的增强效果，甘蔗渣纤维/PHA复合材料的力学性能更高。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
甘蔗渣纤维30-50份，PHA 50-70份，甘油3-5份，石蜡2份，抗氧化剂3-5份，紫外线稳定剂3-5份；所述甘蔗渣纤维的长径比大于等于20。
2.一种如权利要求1所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按配比，取甘蔗渣纤维、PHA、甘油、石蜡、抗氧化剂、紫外线稳定剂装入高速混料机中混合均匀，得到混合料；其中，所述甘蔗渣纤维分散成单根纤维；
S2，将混合料加入加压式密炼机中，在熔融状态下混炼均匀得到料块；
S3，将料块破碎成小颗粒；
S4，将小颗粒进行挤条造粒，得到甘蔗渣纤维/PHA复合材料母粒；
S5，将母粒用注塑成型或模压成型的方式加工成预设形状。
3.如权利要求2所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括对甘蔗渣进行预处理。
4.如权利要求3所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理操作包括，将喷淋后的湿甘蔗渣磨成细纤维状，烘干备用。
5.如权利要求4所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤之前，还包括将甘蔗渣中的蔗髓除去，再用清水喷淋甘蔗渣，得到湿甘蔗渣。
6.如权利要求4所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤具体为，将粒径为8-20目的湿甘蔗渣用磨盘机进行粗磨处理，磨盘间隙为0.4-0.8mm；粗磨完成后再换用细磨盘对粗磨后的物料进行精磨处理，磨盘间隙为0.1-0.38mm。
7.如权利要求4所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤还包括，对精磨得到的物料过0.1-0.3mm的缝筛进行筛分，得到甘蔗渣纤维。
8.如权利要求7所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括对PHA进行烘干处理。
9.如权利要求2所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的熔融温度为150-220℃。
10.如权利要求2所述的甘蔗渣纤维/PHA完全可降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中的挤条造粒是在双螺杆挤出机中进行。
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