CN112457641A - 一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料及其工艺方法，涉及可降解材料技术领域。该可降解复合材料，包括微晶纤维素10‑20份，聚乳酸70‑80份，增塑剂3‑7份，聚乳酸相容剂5‑15份。本发明提供的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，利用微晶纤维素具有尺寸小、比表面积大、刚性高的特点。本发明用微晶纤维素、聚乳酸木塑复合材料制成的塑料制品可以轻松在自然界中降解。既能减少石油化工塑料的使用还能达到减少白色污染保护自然环境的目的。
Description
技术领域
本发明涉及可降解材料技术领域，尤其涉及一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料及其工艺方法。
背景技术
基于石油化工原料的塑料制品遍布人类生产和生活的每一个方面。常规塑料制品一般用聚乙烯、聚丙烯等高分子化合物作为原料进行生产，并且由于其质量轻、化学性质稳定、容易加工成型的优点被广泛应用。尽管这些塑料产品能够带来极大便利，但是大量使用塑料造成的一系列的环境和资源问题日益凸显。首先，用于生产这些塑料产品的石油化工原料是不可再生资源，作为一次性塑料制品来使用会造成资源的严重浪费。同时由于其难以降解的特性产生的“白色污染”能够在自然界长期保存，不但会对海洋中的生物造成极大威胁而且深埋在土壤中会影响农作物吸收养分。除此之外，为了使这些塑料制品满足各种特殊性能或外观，生产商在加工过程中会添加各种各样的化学药剂。这些化学药剂在使用过程中有可能会对人体造成微量污染，而且塑料制品在最后的燃烧过程中会释放污染大气的有毒成分。为了响应可持续发展战略，寻求一种比石油化工塑料制品更环保的替代品已经是未来的发展的必然选择。
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，本发明提出一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，包括以下重量份组分：
微晶纤维素10-20份，聚乳酸70-80份，增塑剂3-7份，聚乳酸相容剂5-15份。
其进一步地技术方案为，所述增塑剂为环氧大豆油增塑剂。
第二方面，本发明还提供以上所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，包括以下步骤：
S1，按配比，取微晶纤维素、聚乳酸、增塑剂和聚乳酸相容剂装入高速混料机中混合均匀，得到混合料；
S2，将混合料进行熔融共混造粒，得到母粒；
S3，将母粒用注塑成型的方式加工成预设形状。
其进一步地技术方案为，步骤S2为，在双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒。
其进一步地技术方案为，双螺杆挤出机的温度为180-210℃。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1之前，还包括将微晶纤维素于100-110℃中干燥。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1之前，还包括将聚乳酸于100-110℃中干燥。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1中，混合条件为，在70-90℃温度下充分混合5-20分钟。
其进一步地技术方案为，所述步骤S3是用塑料注射机将母粒注射到成型模具内，加工成预设形状。
其进一步地技术方案为，注塑温度为160-200℃，注射压力为13-18MPa。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
本发明提供的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，与常用的木塑复合材料中采用的木粉相比，微晶纤维素具有尺寸小、比表面积大、刚性高的特点。用微晶纤维素、聚乳酸木塑复合材料制成的塑料制品可以轻松在自然界中降解。既能减少石油化工塑料的使用还能达到减少白色污染保护自然环境的目的。
本发明选用微晶纤维素作为添加物与聚乳酸进行共混造粒，微晶纤维素是从植物纤维原料中提取出的高纯度纤维素材料。由于常用的天然植物纤维具有一定的长径比，在应用过程中非常容易聚集成絮状物而且难以在制备木塑复合材料过程中完全分散。而对于处理至微米尺寸的粉状微晶纤维素，则可以较为轻松地实现均匀分散在高分子基体中。在微晶纤维素的制备过程中，通过酸水解或者其他方法的处理可以破坏纤维素中的无定形区从而提高微晶纤维素的结晶度。这种高结晶度的微晶纤维素具有很高的刚性，再加上微晶纤维素具有无毒、质量轻、可再生性好等优点，因此，微晶纤维素常作为增强剂、粘合剂、稳定剂等应用于材料领域。而且，与传统的木质素纤维相比，粉末状的微晶纤维素拥有更高的比表面积。从而可以使高分子基体和增强相材料微晶纤维素有更充分的界面接触，进而获得更好的性能。与使用植物粉料或纤维作为填充以石油化工塑料作为基体的木塑复合材料相比，本发明提供的聚乳酸和微晶纤维素均为可生物降解的环保材料，两者复合而成的新型木塑复合材料可以实现完全可生物降解的目标。但是聚乳酸材料本身韧性较低，在聚乳酸基体中加入微晶纤维素这种刚性填料后会进一步提高材料的脆性。环氧大豆油是一种成本低廉、无毒环保的生物基增塑剂，能够有效增加聚乳酸基体中的分子滑移作用从而改善微晶纤维素/聚乳酸复合材料的韧性。
本发明提供的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，具有成本低、可完全降解，力学性能好的特点。
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:
本实施例提供一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，由以下重量份数的原料制成：微晶纤维素10份，聚乳酸聚80份，环氧大豆油5份，聚乳酸相容剂5份。
本实施例还提供上述材料的工艺方法，包括以下步骤：
将微晶纤维素置于105℃鼓风干燥箱内使水份充分蒸发，将聚乳酸也置于105℃鼓风干燥箱内使水份充分蒸发；
将充分干燥后的微晶纤维素和聚乳酸以及环氧大豆油和聚乳酸相容剂按照配方含量放入高速混合机中在80℃条件下充分混合10分钟；
混合完成后的物料用双螺杆挤出机进行熔融共混和造粒，双螺杆挤出筒加热温度为180℃；
用塑料注射机将上一步获得的原料母粒注射到成型模具内，注塑机筒温度为180℃，注射压力为15MPa。
实施例2:
本实施例提供一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，由以下重量份数的原料制成：微晶纤维素20份，聚乳酸聚70份，环氧大豆油5份，聚乳酸相容剂10份。
本实施例还提供上述材料的工艺方法，包括以下步骤：
将微晶纤维素置于105℃鼓风干燥箱内使水份充分蒸发，将聚乳酸也置于105℃鼓风干燥箱内使水份充分蒸发；
将充分干燥后的微晶纤维素和聚乳酸以及环氧大豆油和聚乳酸相容剂按照配方含量放入高速混合机中在80℃条件下充分混合10分钟；
混合完成后的物料用双螺杆挤出机进行熔融共混和造粒，双螺杆挤出筒加热温度为180℃；
用塑料注射机将上一步获得的原料母粒注射到成型模具内，注塑机筒温度为180℃，注射压力为15MPa。
对比例1
称取烘干后的木粉10份、聚乳酸70份、环氧大豆油5份、聚乳酸相容剂5份置于高速混料机中混合均匀得混合料，再将混合料用双螺杆挤出机进行熔融共混和造粒，双螺杆挤出筒的加热温度为180℃。用塑料注射机将上一步获得的原料母粒注射到成型模具内，注塑机筒温度为180℃，注射压力为15MPa。
对比例2
称取烘干后的木粉20份、聚乳酸80份、环氧大豆油5份、聚乳酸相容剂5份置于高速混料机中混合均匀得混合料，再将混合料用双螺杆挤出机进行熔融共混和造粒，双螺杆挤出筒的加热温度为180℃。用塑料注射机将上一步获得的原料母粒注射到成型模具内，注塑机筒温度为180℃，注射压力为15MPa。
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
由上表可知，在添加量分别为10％和20％的条件下，以微晶纤维素/聚乳酸复合材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度均高于相同添加量条件下的木粉/聚乳酸复合材料。由此可见，微晶纤维素在聚乳酸基体中的增强效果要强于木粉。
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)
1.一种微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
微晶纤维素10-20份，聚乳酸70-80份，增塑剂3-7份，聚乳酸相容剂5-15份。
2.如权利要求1所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，所述增塑剂为环氧大豆油增塑剂。
3.一种如权利要求1或2所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按配比，取微晶纤维素、聚乳酸、增塑剂和聚乳酸相容剂装入高速混料机中混合均匀，得到混合料；
S2，将混合料进行熔融共混造粒，得到母粒；
S3，将母粒用注塑成型的方式加工成预设形状。
4.如权利要求3所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，步骤S2为，在双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒。
5.如权利要求4所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，双螺杆挤出机的温度为180-210℃。
6.如权利要求3所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括将微晶纤维素于100-110℃中干燥。
7.如权利要求3所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括将聚乳酸于100-110℃中干燥。
8.如权利要求3所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，所述步骤S1中，混合条件为，在70-90℃温度下充分混合5-20分钟。
9.如权利要求3所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，所述步骤S3是用塑料注射机将母粒注射到成型模具内，加工成预设形状。
10.如权利要求9所述的微晶纤维素和聚乳酸制成完全可降解复合材料的工艺方法，其特征在于，注塑温度为160-200℃，注射压力为13-18MPa。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210309 |
|
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