CN113604067A - 一种植物纤维可降解材料及制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可降解材料技术领域，尤其为一种植物纤维可降解材料及制作工艺，包括天然植物纤维、聚乳酸、增塑剂、改性剂、偶联剂和增容剂，原料按质量份数计为：天然植物纤维60～65份、聚乳酸35～40份、增塑剂3～5phr、改性剂2～4phr、偶联剂2～5phr和增容剂3～5phr，通过聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；通过改性剂能够使复合材料的综合性能较优异，通过增容剂可明显降低复合材料中两相之间的界面能量，促进两相之间的界面扩散效果,提高PLA和天然植物纤维两相间的界面粘合力，使聚乳酸/天然植物纤维复合材料具有优异的力学性能、耐水性能、热稳定性及生物降解性等综合性。

Description

一种植物纤维可降解材料及制作工艺
技术领域
本发明涉及可降解材料技术领域，尤其涉及一种植物纤维可降解材料及制作工艺。
背景技术
PLA是一种能部分结晶的线性脂肪族热塑性聚酯，由于PLA具有优异的可生物降解性能被认为是最具使用前景的脂肪族聚酯现已广泛应用于医学领域:如手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释和组织培养等。PLA及其单体无毒，且具有良好的生物相容性能与许多聚合物形成热力学相容或部分相容的共混体系,但由于PLA价格居高不下，故很难得以普及使用。为降低使用成本，并确保体系的完全可降解性，将PLA与可再生的天然植物纤维复合制备出性价比高、完全环境友好的PLA/天然植物纤维复合材料，因此提出一种植物纤维可降解材料及制作工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物纤维可降解材料及制作工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种植物纤维可降解材料，包括天然植物纤维、聚乳酸、增塑剂、改性剂、偶联剂和增容剂，所述原料按质量份数计为：天然植物纤维60～65份、聚乳酸35～40份、增塑剂3～5phr、改性剂2～4phr、偶联剂2～5phr和增容剂3～5phr。
作为本发明优选的方案，所述天然植物纤维原材料形态主要选用纤维态。
作为本发明优选的方案，所述增塑剂选用聚乙二醇或甘油中的一种。
作为本发明优选的方案，所述改性剂选用丁酸酐，所述偶联剂选用γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷。
作为本发明优选的方案，所述增容剂选用赖氨酸二异氰酸酯。
一种植物纤维可降解材料，制作工艺包括以下制作步骤：
S1，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；
S2，通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；
S3，通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；
S4，通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，然后通过添加增容剂对聚乳酸和天然植物纤维的界面粘合力进行改善，最后通过热压机热压制备成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过增塑剂使复合材料的拉伸强度虽然有所降低但断裂伸长率明显提高，增塑效果较为明显；聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；通过改性剂能够使复合材料的综合性能较优异，通过增容剂可明显降低复合材料中两相之间的界面能量，促进两相之间的界面扩散效果,提高PLA和天然植物纤维两相间的界面粘合力，使聚乳酸/天然植物纤维复合材料具有优异的力学性能、耐水性能、热稳定性及生物降解性等综合性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所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做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。
本发明提供一种技术方案：
一种植物纤维可降解材料，包括天然植物纤维、聚乳酸、增塑剂、改性剂、偶联剂和增容剂，原料按质量份数计为：天然植物纤维60～65份、聚乳酸35～40份、增塑剂3～5phr、改性剂2～4phr、偶联剂2～5phr和增容剂3～5phr。
天然植物纤维原材料形态主要选用纤维态。
增塑剂选用聚乙二醇或甘油中的一种。
改性剂选用丁酸酐，所述偶联剂选用γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷。
增容剂选用赖氨酸二异氰酸酯。
一种植物纤维可降解材料，制作工艺包括以下制作步骤：
S1，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；
S2，通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；
S3，通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；
S4，通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，然后通过添加增容剂对聚乳酸和天然植物纤维的界面粘合力进行改善，最后通过热压机热压制备成型。
实施例1：天然植物纤维65份、聚乳酸40份、增塑剂5phr、改性剂4phr、偶联剂5phr和增容剂5phr，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，复合材料的拉伸强度虽然有所降低但断裂伸长率明显提高，增塑效果较为明显；聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料的疏水性明显改善，另外丁酸酐酯化植物纤维复合材料基体聚乳酸的熔点及结晶温度产生一定的影响，复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，通过添加增容剂可明显降低复合材料中两相之间的界面能量，促进两相之间的界面扩散效果,提高聚乳酸和天然植物纤维两相间的界面粘合力，最终热压机热压制备成型。
实施例2：天然植物纤维60份、聚乳酸35份、增塑剂3phr、改性剂2phr、偶联剂2phr和增容剂3phr，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，复合材料的拉伸强度虽然有所降低但断裂伸长率明显提高，增塑效果较为明显；聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料的疏水性明显改善，另外丁酸酐酯化植物纤维复合材料基体聚乳酸的熔点及结晶温度产生一定的影响，复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，通过添加增容剂可明显降低复合材料中两相之间的界面能量，促进两相之间的界面扩散效果,提高聚乳酸和天然植物纤维两相间的界面粘合力，最终热压机热压制备成型。
实施例3：天然植物纤维62份、聚乳酸38份、增塑剂4phr、改性剂3phr、偶联剂3phr和增容剂4phr，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，复合材料的拉伸强度虽然有所降低但断裂伸长率明显提高，增塑效果较为明显；聚乙二醇的添加并未明显改变复合材料的力学性能，明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料的疏水性明显改善，另外丁酸酐酯化植物纤维复合材料基体聚乳酸的熔点及结晶温度产生一定的影响，复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，通过添加增容剂可明显降低复合材料中两相之间的界面能量，促进两相之间的界面扩散效果,提高聚乳酸和天然植物纤维两相间的界面粘合力，最终热压机热压制备成型。
Figure BDA0003243827980000061
综上实施例2中聚乳酸/天然植物纤维复合材料具有优异的力学性能、耐水性能、热稳定性及生物降解性等综合性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种植物纤维可降解材料，包括天然植物纤维、聚乳酸、增塑剂、改性剂、偶联剂和增容剂，其特征在于，所述原料按质量份数计为：天然植物纤维60～65份、聚乳酸35～40份、增塑剂3～5phr、改性剂2～4phr、偶联剂2～5phr和增容剂3～5phr。
2.根据权利要求1所述的一种植物纤维可降解材料，其特征在于，所述天然植物纤维原材料形态选用纤维态。
3.根据权利要求1所述的一种植物纤维可降解材料，其特征在于，所述增塑剂选用聚乙二醇或甘油中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种植物纤维可降解材料，其特征在于，所述改性剂选用丁酸酐，所述偶联剂选用γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种植物纤维可降解材料，其特征在于，所述增容剂选用赖氨酸二异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种植物纤维可降解材料，其特征在于，制作工艺包括以下制作步骤：
S1，通过将天然植物纤维和聚乳酸投入反应釜加热至80～100℃熔融进行共混制成植物纤维/聚乳酸复合材料；
S2，通过对植物纤维/聚乳酸复合材料中加入增塑剂，增塑剂质量分数为10％～40％，反应釜加热使用对复合材料进行增塑改性，聚乙二醇的添加明显降低了材料的玻璃化转变温度和熔融温度，聚乙二醇对聚乳酸基体具有较好的增塑效果；
S3，通过采用丁酸酐酯化处理植物纤维后所制备的聚乳酸/丁酸酐酯化植物纤维复合材料中聚乳酸的晶核尺寸随着丁酸酐酯化植物纤维的加入而变小；
S4，通过对反应釜中添加偶联剂对植物纤维/聚乳酸复合材料进行偶联改性，然后通过添加增容剂对聚乳酸和天然植物纤维的界面粘合力进行改善，最后通过热压机热压制备成型。
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