CN113072802A - 一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 - Google Patents
一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113072802A CN113072802A CN202110362497.1A CN202110362497A CN113072802A CN 113072802 A CN113072802 A CN 113072802A CN 202110362497 A CN202110362497 A CN 202110362497A CN 113072802 A CN113072802 A CN 113072802A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bamboo
- polylactic acid
- bamboo cellulose
- cellulose nanofiber
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 title claims abstract description 123
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 title claims abstract description 123
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 title claims abstract description 123
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 title claims abstract description 123
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 116
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 title claims abstract description 62
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 27
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 12
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 12
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 12
- VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N glycidyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC1CO1 VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N methyl-cyclopentane Natural products CC1CCCC1 GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims description 5
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-M benzenesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229940077388 benzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 5
- 229920006113 non-polar polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000000944 Soxhlet extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 8
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 2
- 239000005445 natural material Substances 0.000 abstract description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000011846 petroleum-based material Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
- C08J2367/04—Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2401/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08J2401/02—Cellulose; Modified cellulose
- C08J2401/04—Oxycellulose; Hydrocellulose
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)制备竹纤维素;(2)酶解竹纤维素;(3)氧化处理;(4)改性处理;(5)制备聚乳酸复合材料。本发明针对聚乳酸材料的缺陷,采用了竹纤维进行增强,竹纤维是天然的物质,不会改变材料的可降解性,竹纤维的加入可以明显的增强聚乳酸的力学性能和热稳定性能。为了实现聚乳酸与竹纤维更好的融合,起到增强作用,本发明的方法对竹纤维素进行了酶解、氧化和改性处理,经过处理后的竹纤维素与聚乳酸的界面相容性进一步提高,从而可以实现很好的复合。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域,具体涉及一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法。
背景技术
纤维素纳米纤维具有原料来源丰富、超精细尺度、高表面积、可生物降解等优点,还具有高长径比、易相互交织成网状缠结结构等优点,是一种极具发展潜力的纳米增强材料。纤维素纳米纤维不仅纤细,而且纤维素分子链可以拉伸和结晶,所以其质量仅为钢铁的1/5,强度却是钢铁的5倍以上。另外,其线性热膨胀系数极小,是玻璃的1/50,而且其弹性模量在-200~200℃范围内基本保持不变。弹性模量约140GPa,强度2~3GPa,不同于石油基材料,作为生物基材料,更环保。
聚乳酸是一种可降解材料,具有原料可再生、加工性能好、可降解的优点,在推行“禁塑令”的形势下,聚乳酸的应用越来越受到重视。但聚乳酸还在存热稳定性差、抗冲击韧性较低等问题,这些问题限制了聚乳酸在一些特定环境的应用。
利用竹加工剩余物制备高长径比竹纤维素纳米纤维,作为聚乳酸的增强材料,充分发挥生物质资源的综合利用效益,利用纤维素纳米纤维的热稳定性、高强度等优良特性,为聚乳酸的更广泛应用提供基础技术支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,改善单一聚乳酸材料的缺陷,拓展其应用领域。
本发明这种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备竹纤维素
将竹材剩余物料进行粉碎,得到竹粉;将竹粉在组合有机溶剂中进行抽提,抽提完毕后,得到抽提后产物;将产物利用化学法去除木质素,然后用碱性浸泡发去除半纤维素,最后分离、烘干后,得到竹纤维素;
(2)酶解竹纤维素
向步骤(1)制备得到的竹纤维素中加入纤维素水解酶,进行酶解;酶解完毕后,用去离子水冲洗、过滤后,得到酶解竹纤维素纳米纤维;
(3)氧化处理
将步骤(2)中的酶解竹纤维素纳米纤维、TEMPO氧化剂和NaBr放入到蒸馏水中,在磁力搅拌下混匀,接着在搅拌条件下滴加NaClO溶液,并滴加NaOH溶液调节溶液的pH,然后继续进行反应,反应结束后,加入乙醇,得到高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液;
(4)改性处理
向步骤(3)中的高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液加入含有马来酸酐、和甲基丙烯酸缩水甘油酯,进行改性处理,提高其与非极性聚合物的界面相容性,得到改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液;
(5)制备聚乳酸复合材料
将聚乳酸粉末加入到步骤(4)中改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液,加热搅拌后,过滤,并将过滤所得固体冷冻干燥;物料粉碎后,经过熔融挤出成型,得到竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料。
所述步骤(1)中,竹粉的粒度为100~200目;组合有机溶剂由体积比为1~3:1苯与乙醇组成;竹粉与有机溶剂的液固比为0.3~1.5g/mL,抽提方法为索氏抽提法;抽提时间为3~5h;化学法去除木质素是采用苯磺酸盐溶液浸泡法去除木质素。
所述步骤(2)中,竹纤维素与纤维素水解酶的质量比为1kg/0.3~1g,酶解时需要加入水,至纤维素水解酶的浓度为900~1000IU/mL;酶解温度为45~55℃,酶解的pH为5~6,酶解时间为3~6h。
所述步骤(3)中,解竹纤维素纳米纤维、TEMPO氧化剂和NaBr的质量比为10:(0.02~0.03):(0.2~0.3);解竹纤维素纳米纤维与蒸馏水的质量体积比为10:130~170g/mL;NaClO溶液的质量浓度为10~15%,与蒸馏水的体积比为0.5~12:130~170;NaOH溶液调节溶液的pH为10~10.5;反应时间为4~8h;解竹纤维素纳米纤维与乙醇的质量体积比为10:8~12g/mL。
所述步骤(4)中,马来酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入悬浮液后,质量浓度分别为0.1~0.5%和0.1~0.5%;改性处理时间为1~2h。
所述步骤(5)中,聚乳酸粉末加入后的质量浓度为15~20%;加热温度为80~90℃,搅拌时间为4~5h。
根据上述的制备方法制备得到高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料。
所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料在制备吸管中的应用。
所述的聚乳酸复合材料制备吸管的方法,包括以下步骤:以制备的竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料为原料,采用双螺杆挤出机制备吸管,然后经过后处理后,即可得到吸管。
本发明的有益效果:本发明针对聚乳酸材料的缺陷,采用了竹纤维进行增强,竹纤维是天然的物质,不会改变材料的可降解性,竹纤维的加入可以明显的增强聚乳酸的力学性能和热稳定性能。为了实现聚乳酸与竹纤维更好的融合,起到增强作用,本发明的方法对竹纤维素进行了酶解、氧化和改性处理,经过处理后的竹纤维素与聚乳酸的界面相容性进一步提高,从而可以实现很好的复合。
具体实施方式
实施例1
(1)制备竹纤维素
以竹材剩余物为原料,将竹材加工剩余物经粉碎成100-200目的竹粉。对竹粉进行抽提以去除抽提物,在索氏提取器中,将800g竹粉在2L体积比为2:1的苯/乙醇溶液中,在90℃条件下抽提6h,脱除抽提物,得到产物;再将产物采用苯磺酸盐条件下去除木质素,再经分离木质素液后在碱性条件下去除半纤维素,得到竹纤维素。
(2)酶解竹纤维素
按照纤维素水解酶与竹纤维素的质量比为0.5g/Kg,进行配料,接着向配料中加入蒸馏水至纤维素水解酶的浓度为900IU/mL,然后保持酶解温度为50℃,pH为5-6,酶解时间为4h,停止酶解后,用去离子水冲洗和过滤水解后的纤维素,得到酶解纤维素纳米纤维。
(3)氧化处理
称取10g酶解纤维素纳米纤维,加入0.025gTEMPO氧化剂、0.25gNaBr和150mL蒸馏水,在磁力搅拌的同时,向混合体系中缓慢滴加12%质量分数的NaClO溶液6mL,并通过滴加0.5mol/L的NaOH溶液使反应体系的pH值维持在10-10.5,反应结束后向混合体系中加入10mL无水乙醇。即得到了高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(4)改性处理
向高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液中加入马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯至两者的质量浓度分别为0.2%和0.3%,然后搅拌条件下,改性处理2h,提高其与非极性聚合物的界面相容性;得到改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(5)制备聚乳酸复合材料
将聚乳酸粉末加入到经过改性处理的竹纤维素纳米纤维水悬浮液,聚乳酸粉末的质量浓度为15%;然后80℃下搅拌5h后,过滤,并将过滤所得固体冷冻干燥。物料粉碎后,经过熔融挤出成型,得到竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料。
对本实施例制备的复合材料,进行弹性模量和热膨胀系数测试,并与纯聚乳酸材料进行对比,测试结果见下表。根据ASTM D 790-2010测试弹性模量,采用热机械分析仪测试试件长度方向随温度变化的CET值。从测试结果看出,本案例制备的竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料在提高聚乳酸的弹性模量和热稳定性有显著的改善作用。
材料 | 弹性模量(MOE) | 热膨胀系数(CTE) |
实施例1复合材料 | 3622MPa | 39ppm/k |
纯聚乳酸材料 | 1583MPa | 175ppm/k |
实施例2
(1)制备竹纤维素
以竹材剩余物为原料,将竹材加工剩余物经粉碎成100-200目的竹粉。对竹粉进行抽提以去除抽提物,在索氏提取器中,将1kg竹粉在2L体积比为3:1的苯/乙醇溶液中,在90℃条件下抽提6h,脱除抽提物,得到产物;再将产物采用苯磺酸盐条件下去除木质素,再经分离木质素液后在碱性条件下去除半纤维素,得到竹纤维素。
(2)酶解竹纤维素
按照纤维素水解酶与竹纤维素的质量比为0.3g/Kg,进行配料,接着向配料中加入蒸馏水至纤维素水解酶的浓度为950IU/mL,然后保持酶解温度为55℃,pH为5-6,酶解时间为3h,停止酶解后,用去离子水冲洗和过滤水解后的纤维素,得到酶解纤维素纳米纤维。
(3)氧化处理
称取10g酶解纤维素纳米纤维,加入0.03gTEMPO氧化剂、0.2gNaBr和130mL蒸馏水,在磁力搅拌的同时,向混合体系中缓慢滴加12%质量分数的NaClO溶液8mL,并通过滴加0.5mol/L的NaOH溶液使反应体系的pH值维持在10~10.5,反应结束后向混合体系中加入8mL无水乙醇。即得到了高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(4)改性处理
向高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液中加入马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯至两者的质量浓度分别为0.1%和0.5%,然后搅拌条件下,改性处理1h,提高其与非极性聚合物的界面相容性;得到改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(5)制备聚乳酸复合材料
将聚乳酸粉末加入到经过改性处理的竹纤维素纳米纤维水悬浮液,聚乳酸粉末的质量浓度为18%;然后85℃下搅拌4.5h后,过滤,并将过滤所得固体冷冻干燥。物料粉碎后,经过熔融挤出成型,得到竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料。
实施例3
(1)制备竹纤维素
以竹材剩余物为原料,将竹材加工剩余物经粉碎成100-200目的竹粉。对竹粉进行抽提以去除抽提物,在索氏提取器中,将1.2kg竹粉在2L体积比为1:1的苯/乙醇溶液中,在90℃条件下抽提6h,脱除抽提物,得到产物;再将产物采用苯磺酸盐条件下去除木质素,再经分离木质素液后在碱性条件下去除半纤维素,得到竹纤维素。
(2)酶解竹纤维素
按照纤维素水解酶与竹纤维素的质量比为1g/Kg,进行配料,接着向配料中加入蒸馏水至纤维素水解酶的浓度为1000IU/mL,然后保持酶解温度为45℃,pH为5~6,酶解时间为6h,停止酶解后,用去离子水冲洗和过滤水解后的纤维素,得到酶解纤维素纳米纤维。
(3)氧化处理
称取10g酶解纤维素纳米纤维,加入0.02gTEMPO氧化剂、0.3gNaBr和170mL蒸馏水,在磁力搅拌的同时,向混合体系中缓慢滴加12%质量分数的NaClO溶液7mL,并通过滴加0.5mol/L的NaOH溶液使反应体系的pH值维持在10~10.5,反应结束后向混合体系中加入12mL无水乙醇。即得到了高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(4)改性处理
向高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液中加入马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯至两者的质量浓度分别为0.5%和0.1%,然后搅拌条件下,改性处理1h,提高其与非极性聚合物的界面相容性;得到改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液。
(5)制备聚乳酸复合材料
将聚乳酸粉末加入到经过改性处理的竹纤维素纳米纤维水悬浮液,聚乳酸粉末的质量浓度为20%;然后90℃下搅拌5h后,过滤,并将过滤所得固体冷冻干燥。物料粉碎后,经过熔融挤出成型,得到竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料。
实施例4
将实施例1~3中制备的竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料为原料,采用双螺杆挤出机制备吸管,得到的吸管从性能和热稳定性上均能满足目前吸管的高标准。
Claims (9)
1.一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)制备竹纤维素
将竹材剩余物料进行粉碎,得到竹粉;将竹粉在组合有机溶剂中进行抽提,抽提完毕后,得到抽提后产物;将产物利用化学法去除木质素,然后用碱性浸泡发去除半纤维素,最后分离、烘干后,得到竹纤维素;
(2)酶解竹纤维素
向步骤(1)制备得到的竹纤维素中加入纤维素水解酶,进行酶解;酶解完毕后,用去离子水冲洗、过滤后,得到酶解竹纤维素纳米纤维;
(3)氧化处理
将步骤(2)中的酶解竹纤维素纳米纤维、TEMPO氧化剂和NaBr放入到蒸馏水中,在磁力搅拌下混匀,接着在搅拌条件下滴加NaClO溶液,并滴加NaOH溶液调节溶液的pH,然后继续进行反应,反应结束后,加入乙醇,得到高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液;
(4)改性处理
向步骤(3)中的高长径比的竹纤维素纳米纤维水悬浮液加入含有马来酸酐、和甲基丙烯酸缩水甘油酯,进行改性处理,提高其与非极性聚合物的界面相容性,得到改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液;
(5)制备聚乳酸复合材料
将聚乳酸粉末加入到步骤(4)中改性后的竹纤维素纳米纤维水悬浮液,加热搅拌后,过滤,并将过滤所得固体冷冻干燥;物料粉碎后,经过熔融挤出成型,得到竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料。
2.根据权利要求1所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,竹粉的粒度为100~200目;组合有机溶剂由体积比为1~3:1苯与乙醇组成;竹粉与有机溶剂的液固比为0.3~1.5g/mL,抽提方法为索氏抽提法;抽提时间为3~5h;化学法去除木质素是采用苯磺酸盐溶液浸泡法去除木质素。
3.根据权利要求1所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,竹纤维素与纤维素水解酶的质量比为1kg/0.3~1g,酶解时需要加入水,至纤维素水解酶的浓度为900~1000IU/mL;酶解温度为45~55℃,酶解的pH为5~6,酶解时间为3~6h。
4.根据权利要求1所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,解竹纤维素纳米纤维、TEMPO氧化剂和NaBr的质量比为10:(0.02~0.03):(0.2~0.3);解竹纤维素纳米纤维与蒸馏水的质量体积比为10:130~170g/mL;NaClO溶液的质量浓度为10~15%,与蒸馏水的体积比为0.5~12:130~170;NaOH溶液调节溶液的pH为10~10.5;反应时间为4~8h;解竹纤维素纳米纤维与乙醇的质量体积比为10:8~12g/mL。
5.根据权利要求1所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,马来酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入悬浮液后,质量浓度分别为0.1~0.5%和0.1~0.5%;改性处理时间为1~2h。
6.根据权利要求1所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中,聚乳酸粉末加入后的质量浓度为15~20%;加热温度为80~90℃,搅拌时间为4~5h。
7.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法制备得到高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料。
8.根据权利要求7中所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料在制备吸管中的应用。
9.根据权利要求7中所述的高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料在制备吸管中的应用,其特征在于,所述的聚乳酸复合材料制备吸管的方法,包括以下步骤:以制备的竹纤维素纳米纤维增强聚乳酸复合材料为原料,采用双螺杆挤出机制备吸管,然后经过后处理后,即可得到吸管。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110362497.1A CN113072802B (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110362497.1A CN113072802B (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113072802A true CN113072802A (zh) | 2021-07-06 |
CN113072802B CN113072802B (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=76615044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110362497.1A Active CN113072802B (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113072802B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113637300A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-12 | 杭州卓普新材料科技有限公司 | 一种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法 |
CN113831705A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-24 | 国弘晟世(上海)高新材料有限公司 | 一种基于纳米填料的阻燃可降解的改性塑料及其制备方法 |
CN114133716A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 苏州博大永旺新材股份有限公司 | 一种纤维素纤维/聚乳酸全降解材料的制备方法 |
CN114214784A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-22 | 湖南俏妃卫生用品有限公司 | 一种竹纤维玉米纤维双组分无纺布的制备方法 |
CN115852687A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-28 | 东北林业大学 | 一种高性能n型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用 |
CN115975292A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-04-18 | 上海第二工业大学 | 一种酶处理竹粉增强聚丙烯基复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104910422A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-16 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种用高长径比纳米纤维素增强的聚乳酸复合材料及其制备方法 |
KR20160065646A (ko) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 현대자동차주식회사 | 강성 증대 천연섬유 바이오 복합재 제조법 |
CN107383434A (zh) * | 2017-09-14 | 2017-11-24 | 扬州大学 | 一种纤维素纳米晶增强的聚乳酸发泡材料的制备方法 |
CN109265862A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-25 | 湖南省林业科学院 | 一种木塑复合材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-04-02 CN CN202110362497.1A patent/CN113072802B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160065646A (ko) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 현대자동차주식회사 | 강성 증대 천연섬유 바이오 복합재 제조법 |
CN104910422A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-16 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种用高长径比纳米纤维素增强的聚乳酸复合材料及其制备方法 |
CN107383434A (zh) * | 2017-09-14 | 2017-11-24 | 扬州大学 | 一种纤维素纳米晶增强的聚乳酸发泡材料的制备方法 |
CN109265862A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-25 | 湖南省林业科学院 | 一种木塑复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
刘兵: "酶解预处理氧化法制备纳米纤维素的研究" * |
周帅等: "玉米秸秆/聚乳酸复合材料的制备及性能测试" * |
李文豪等: "竹纤维/聚乳酸可降解复合材料相容界面构建进展" * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113831705A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-24 | 国弘晟世(上海)高新材料有限公司 | 一种基于纳米填料的阻燃可降解的改性塑料及其制备方法 |
CN113831705B (zh) * | 2021-08-12 | 2022-12-13 | 国弘晟世(上海)高新材料有限公司 | 一种基于纳米填料的阻燃可降解的改性塑料及其制备方法 |
CN113637300A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-12 | 杭州卓普新材料科技有限公司 | 一种全生物质聚乳酸竹纤维复合材料及其制备方法 |
CN114133716A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 苏州博大永旺新材股份有限公司 | 一种纤维素纤维/聚乳酸全降解材料的制备方法 |
CN114214784A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-22 | 湖南俏妃卫生用品有限公司 | 一种竹纤维玉米纤维双组分无纺布的制备方法 |
CN115852687A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-28 | 东北林业大学 | 一种高性能n型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用 |
CN115975292A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-04-18 | 上海第二工业大学 | 一种酶处理竹粉增强聚丙烯基复合材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113072802B (zh) | 2024-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113072802B (zh) | 一种高长径比竹纤维素纳米纤维增强的聚乳酸复合材料的制备方法 | |
Lu et al. | Effect of surface modification of bamboo cellulose fibers on mechanical properties of cellulose/epoxy composites | |
CN111171538B (zh) | 一种聚乳酸复合材料及其制备方法 | |
Zhang et al. | Contribution of lignin in esterified lignocellulose nanofibers (LCNFs) prepared by deep eutectic solvent treatment to the interface compatibility of LCNF/PLA composites | |
CN109054323B (zh) | 木质素/微晶纤维素复合物、增强聚乳酸3d打印材料及其制备方法 | |
CN109251494B (zh) | 一种天然杜仲胶/纤维素改性聚乳酸复合材料及制备方法 | |
CN113604017B (zh) | 可完全降解的自体纳米纤维增强聚乳酸复合材料及其制备 | |
CN109867916A (zh) | 植物纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 | |
CN115322543B (zh) | 一种聚乳酸/聚己内酯/植物炭黑复合材料及其制备方法 | |
Rajamanickam et al. | Experimental investigation on mechanical properties and vibration damping frequency factor of kenaf fiber reinforced epoxy composite | |
Luo et al. | Sulfate resistance and microstructure of metakaolin geopolymer reinforced by cellulose nanofiber and wollastonite | |
CN102295822B (zh) | 粉煤灰节能环保复合板材及其制造方法 | |
Nourbakhsh et al. | Giant milkweed (Calotropis persica) fibers—a potential reinforcement agent for thermoplastics composites | |
Rao et al. | Effect of fibre orientation on mechanical properties of Hardwika binata and bamboo fibre reinforced epoxy composites | |
CN113881208A (zh) | 官能化改性秸秆/聚乳酸复合材料及其制备方法 | |
CN116515269B (zh) | 一种超微细竹粉改性可生物降解聚酯及其制备方法 | |
CN109810483B (zh) | 一种纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及其制备方法 | |
CN111958760A (zh) | 竹浆纤维素纤维/水化硅酸镁基复合材料及其制备方法 | |
CN114605747B (zh) | 一种碳酸钙改性植物纤维复合材料的制备方法 | |
CN108676194B (zh) | 一种复合多糖水凝胶及其原位生物合成方法 | |
CN107759989B (zh) | 一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法 | |
Chang et al. | Effect of Hot-Compressed Water Treatment of Bamboo Fiber on the Properties of Polypropylene/Bamboo Fiber Composite. | |
Muthu | Green Composites: Sustainable Raw Materials | |
CN113088057B (zh) | 一种增强增韧的聚乳酸共混材料及其制备方法 | |
CN109929227B (zh) | 一种可降解的芹菜纤维复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |