CN113045867A - 一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，属于可降解复合材料制备技术领域。本发明解决了目前的生物基可降解高分子材料存在相对分子质量低、质硬而韧性差、耐热性较低、价格高昂等问题，所述方法为：将汉麻纤维脱胶；制备改性汉麻纤维；准备可降解聚酯；将改性汉麻纤维20～40wt％和可降解聚酯60～80wt％，加入混炼机混炼后，加工成型即可。本发明采用价廉质轻的汉麻纤维增强可降解聚酯，制备可完全降解的绿色复合材料，不仅能够变废为宝，还可降低成本，减轻环境污染。通过本发明制备的复合材料力学性能都较可降解聚酯有明显的提高。

Description

一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于可降解复合材料制备技术领域，具体涉及一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法。
背景技术
随着塑料工业飞速发展的同时，也给人类社会带来了不可逆转的严重问题：石油大量消耗造成了能源危机；塑料垃圾与日剧增，造成了白色污染。鉴于此背景，可降解高分子材料的开发更是受到国内外学者的重视。相对于普通的石油基高分子，生物基高分子可降低30％～50％石油资源的消耗：同时整个生产过程中消耗的CO2和水，可以减少CO2的排放；其制品也可以和有机废物一起堆肥处理，达到真正意义上的“源于自然，归于自然”。但是在实际制备过程中，其也存在一些局限性如相对分子质量低、质硬而韧性差、耐热性较低、价格高昂等。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的生物基可降解高分子材料存在相对分子质量低、质硬而韧性差、耐热性较低、价格高昂等问题，提供一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶；
步骤2、制备改性汉麻纤维；
步骤3、准备可降解聚酯；
步骤4、将步骤2制备的改性汉麻纤维20～40wt％和步骤3的可降解聚酯60～80wt％，加入混炼机混炼后，得到复合材料；
步骤5、将步骤4制得的复合材料加工成型即可。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
汉麻作为一种高产、可持续、环保的作物，生命力极强，加上具有较高的比强度和比模量，拉伸强度大，模量高，密度小等特点，将其与可降解聚酯复合，增强了可降解聚酯的力学性能。
本发明采用价廉质轻、可生物降解的汉麻纤维增强可降解聚酯，制备可完全降解的绿色复合材料，不仅能够变废为宝，还可降低成本，减轻环境污染。通过本发明制备的复合材料力学性能都较可降解聚酯有明显的提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶；
步骤2、制备改性汉麻纤维；
步骤3、准备可降解聚酯；
步骤4、将步骤2制备的改性汉麻纤维20～40wt％和步骤3的可降解聚酯60～80wt％，加入混炼机混炼后，得到复合材料；
步骤5、将步骤4制得的复合材料加工成型即可。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述步骤1具体为：汉麻-预浸酸-冷水冲洗-化学煮练脱胶-冷水冲洗-酸洗-冷水冲洗-脱水-烘干，得到脱胶后的汉麻纤维。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述化学煮练脱胶中，氢氧化钠5wt％～10wt％，煮练助剂7wt％～10wt％，浴比1:5～8，煮练温度为80℃～100℃，煮练时间为3h。在化学煮练脱胶中，将氢氧化钠、煮练助剂、汉麻和水混合，其中氢氧化钠的质量百分比为5％～10％，煮练助剂的质量百分比为7％～10％，汉麻的质量与氢氧化钠、煮练助剂和水三者的质量为1:5～8。
具体实施方式四：具体实施方式三所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述煮练助剂为亚硫酸钠、硅酸钠、磷酸三钠中的一种。所选用的助剂是表面活性剂和无机脱胶助剂，去除植物果胶，提高煮练效果。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述步骤2具体为：将汉麻切断，然后加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中，在80～100℃温度下搅拌处理20～30min后，过滤80℃烘干2～3h，80℃可防止温度过高对麻纤维造成不必要的力学损伤，得到改性汉麻纤维。
具体实施方式六：具体实施方式五所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，将汉麻加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中后，控制硅烷的质量分数为3～5wt％，乙酸酐的质量分数为2.5～5wt％，氢氧化钠的质量分数为3～5wt％，浴比为1:30～50。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，步骤3中，所述可降解聚酯为聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯中的一种。
具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，步骤4中，所述混炼的温度为100～120℃，时间为10～15min。
具体实施方式九：具体实施方式一所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，步骤5中，所述加工成型为模压成型、平压成型、注射挤压成型中的一种。这三种成型方法是一种高效且成熟的天然纤维增强复合材料成型方法，并有自身的特点。
具体实施方式十：具体实施方式九所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，所述模压成型具体为：在平板硫化机上升至150～160℃，加热12～15min，然后加压至15MPa，保温6min，最后保压降温至90℃；所述平压成型具体为：成型温度150～160℃，采用两次加压法，成型压力1MPa，保压时间3～5min；所述注塑挤压成型具体为：料筒温度215～230℃，模具温度55℃，注射压力0.2MPa，注射时间6s，保压时间6s。
实施例1：
一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶：汉麻-预浸酸-冷水冲洗-化学煮练脱胶-冷水冲洗-酸洗-冷水冲洗-脱水-烘干，得到脱胶后的汉麻纤维。化学煮练脱胶条件为：氢氧化钠5wt％，煮练助剂10wt％，浴比1:8，煮练温度80℃。脱胶过程中所加的煮练助剂为亚硫酸钠。
步骤2、制备改性汉麻纤维：将汉麻切断，然后加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中，在90℃温度下搅拌处理25min后，过滤80℃烘干3h，得到改性汉麻纤维。硅烷、乙酸酐和氢氧化钠混合溶液中，硅烷的质量分数5wt％，乙酸酐的质量分数5wt％，氢氧化钠的质量分数4wt％，浴比为1:35。对脱胶后的纤维进行碱处理后与树脂的粘合力更强。
步骤3、准备可降解聚酯聚乳酸。
步骤4、混炼：将步骤2制备的改性汉麻纤维30wt％和步骤3的可降解聚酯70wt％，加入混炼机100℃混炼10min后，得到复合材料，待用。
步骤5、加工成型：将步骤4制得的复合材料模压成型即可。所述模压成型具体为：在平板硫化机上升至150℃，加热15min，然后加压至15MPa，保温6min，最后保压降温至90℃。
实施例2：
一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶：汉麻-预浸酸-冷水冲洗-化学煮练脱胶-冷水冲洗-酸洗-冷水冲洗-脱水-烘干，得到脱胶后的汉麻纤维。氢氧化钠10wt％，煮练助剂8wt％，浴比1:6，煮练温度90℃。煮练助剂为磷酸三钠。
步骤2、制备改性汉麻纤维：将汉麻切断，然后加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中，在80℃温度下搅拌处理20min后，过滤烘干，得到改性汉麻纤维。硅烷、乙酸酐和氢氧化钠混合溶液中硅烷的质量分数3wt％，乙酸酐的质量分数2.5wt％，氢氧化钠的质量分数3wt％，浴比为1:30，得到改性汉麻纤维。
步骤3、准备可降解聚酯聚羟基丁酸酯。
步骤4、混炼：将步骤2制备的改性汉麻纤维20wt％和步骤3的可降解聚酯80wt％，加入混炼机120℃混炼15min后，得到复合材料，待用；
步骤5、加工成型：将步骤4制得的复合材料注塑挤压成型即可。所述注塑挤压成型具体为：料筒温度230℃，模具温度55℃，注射压力0.2MPa，注射时间6s，保压时间6s。
实施例3：
一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶：汉麻-预浸酸-冷水冲洗-化学煮练脱胶-冷水冲洗-酸洗-冷水冲洗-脱水-烘干，得到脱胶后的汉麻纤维。氢氧化钠7wt％，煮练助剂7wt％，浴比1:5，煮练温度100℃。煮练助剂为硅酸钠。
步骤2、制备改性汉麻纤维：将汉麻切断，然后加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中，在100℃温度下搅拌处理30min后，过滤烘干，得到改性汉麻纤维。硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中硅烷的质量分数4wt％，乙酸酐的质量分数4wt％，氢氧化钠的质量分数5wt％，浴比为1:50，得到改性汉麻纤维。
步骤3、准备可降解聚酯聚丁二酸丁二醇酯。
步骤4、混炼：将步骤2制备的改性汉麻纤维25wt％和步骤3的可降解聚酯75wt％，加入混炼机110℃混炼12min后，得到复合材料，待用；
步骤5、加工成型：将步骤4制得的复合材料平压成型即可。所述平压成型具体为：成型温度155℃，采用两次加压法，成型压力1MPa，保压时间3～5min。
对实施例1～3制备得到的基于汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法制备的汉麻纤维复合材料进行性能测试，测试结果如下表：
拉伸强度(MPa) 拉伸模量(GPa) 弯曲强度(MPa) 弯曲模量(GPa)
可降解聚酯 30 1400 25 3000
实施例1 58 2503 60 3670
实施例2 53 2519 64 3640
实施例3 50 2490 57 3620
从表1可以看出，本发明制备的复合材料的力学性能较单纯地可降解聚酯的力学性能有明显的提高。

Claims (10)

1.一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1、将汉麻纤维脱胶；
步骤2、制备改性汉麻纤维；
步骤3、准备可降解聚酯；
步骤4、将步骤2制备的改性汉麻纤维20～40wt％和步骤3的可降解聚酯60～80wt％，加入混炼机混炼后，得到复合材料；
步骤5、将步骤4制得的复合材料加工成型即可。
2.根据权利要求1所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1具体为：汉麻-预浸酸-冷水冲洗-化学煮练脱胶-冷水冲洗-酸洗-冷水冲洗-脱水-烘干，得到脱胶后的汉麻纤维。
3.根据权利要求2所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述化学煮练脱胶中，氢氧化钠5wt％～10wt％，煮练助剂7wt％～10wt％，浴比1:5～8，煮练温度为80℃～100℃，煮练时间为3h。
4.根据权利要求3所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述煮练助剂为亚硫酸钠、硅酸钠、磷酸三钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2具体为：将汉麻切断，然后加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中，在80～100℃温度下搅拌处理20～30min后，过滤80℃烘干2～3h，得到改性汉麻纤维。
6.根据权利要求5所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：将汉麻加入到硅烷、乙酸酐和氢氧化钠溶液中后，控制硅烷的质量分数为3～5wt％，乙酸酐的质量分数为2.5～5wt％，氢氧化钠的质量分数为3～5wt％，浴比为1:30～50。
7.根据权利要求1所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述可降解聚酯为聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述混炼的温度为100～120℃，时间为10～15min。
9.根据权利要求1所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5中，所述加工成型为模压成型、平压成型、注射挤压成型中的一种。
10.根据权利要求9所述的一种基于改性汉麻纤维的可降解复合材料的制备方法，其特征在于：所述模压成型具体为：在平板硫化机上升至150～160℃，加热12～15min，然后加压至15MPa，保温6min，最后保压降温至90℃；所述平压成型具体为：成型温度150～160℃，采用两次加压法，成型压力1MPa，保压时间3～5min；所述注塑挤压成型具体为：料筒温度215～230℃，模具温度55℃，注射压力0.2MPa，注射时间6s，保压时间6s。
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