CN114773801A - 一种毛竹纤维粉生物基可降解材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毛竹纤维粉生物基可降解材料及其制备方法，以重量份计，由如下组分的制备原料所组成：改性PLA20‑30份、PBAT25‑30份、毛竹纤维粉20‑25份、碳酸钙8‑10份、增强填料3‑4份、增塑剂0.8‑1份，本发明先对聚乳酸材料进行氨基改性，然后接枝碱木质素，有效改善了碱木质素与聚乳酸的相容性，聚乙烯亚胺属于长链结构，具有良好的柔韧性，将其接枝在聚乳酸材料上，提高了材料的抗冲击性能，同时碱木质素是一种具有三维空间结构的天然高分子化合物，将其接枝在聚乳酸材料中，有效弥补了聚乳酸材料机械性能不足的缺点。

Description

一种毛竹纤维粉生物基可降解材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解材料技术领域，具体涉及一种毛竹纤维粉生物基可降解材料及其制备方法。
背景技术
生物基可降解材料是一种广泛用于各种包装和易耗品的高科技改性原料，以其环保、安全、方便而深受用户厚爱并渐渐渗透于人们生活诸多环节。
目前，从我国技术研究及产业化进度来看，主要还是以生物降解塑料为主，生物基材料是以淀粉、大豆、纤维素、木质素、植物油等一些可再生资源为原料的塑料，注重的是生产原料的生物来源性和可再生性，生物可降解材料在“用即弃”包装、生活垃圾袋、农用薄膜、一次性医疗器件、高附加值的人体亲和医用材料等领域发挥着越来越重要的作用，正是因为这些应用领域的不断拓展，也促进了生物可降解聚酯技术和产业化的发展，市场上流通的生物降解塑料大多存在着一些缺陷，如力学性能不佳、成本较高等，因此，对生物基可降解材料的研究就显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种毛竹纤维粉生物基可降解材料及其制备方法，本发明生产成本较低，环保绿色，且制备的可降解材料力学性能良好。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料，以重量份计，由如下组分的制备原料所组成：改性PLA 20-30份、PBAT 25-30份、毛竹纤维粉20-25份、碳酸钙8-10份、增强填料3-4份、增塑剂0.8-1份。
优选的，所述改性PLA的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚乳酸加入到有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入聚乙烯亚胺水溶液进行反应，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液；
(2)将碱木质素溶液和甲醛溶液加入到步骤(1)得到的氨基化改性聚乳酸溶液中，采用微波进行辐射加热，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA。
优选的，步骤(1)中，聚乳酸与聚乙烯亚胺水溶液的质量比为6-10:40-50。
优选的，步骤(1)中，聚乙烯亚胺水溶液的浓度为10-20wt％。
优选的，步骤(1)中，反应温度为50-60℃，反应时间为30-60min。
优选的，步骤(2)中，碱木质素溶液的加入量为20-30mL，甲醛溶液的加入量为15-25mL。
优选的，步骤(2)中，碱木质素溶液的质量分数为10-20％，甲醛溶液的质量分数为25-35％。
优选的，步骤(2)中，微波功率为300-600W，微波加热温度为60-90℃，微波反应时间为30-60min。
优选的，所述增强填料为纳米二氧化硅，增塑剂为柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或多种。
本发明还提供上述毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将改性PLA、PBAT、毛竹纤维粉、碳酸钙、增强填料和增塑剂混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以具有生物相容性的合成高分子材料聚乳酸为基体材料，聚乙烯亚胺为改性剂，通过氨解反应在聚乳酸分子链中引入活性氨基官能团，然后在甲醛的作用下，引入的活性氨基基团与碱木质素中的酚羟基发生交联反应，得到改性聚乳酸。
本发明先对聚乳酸材料进行氨基改性，然后接枝碱木质素，有效改善了碱木质素与聚乳酸的相容性，聚乙烯亚胺属于长链结构，具有良好的柔韧性，将其接枝在聚乳酸材料上，提高了材料的抗冲击性能，同时碱木质素是一种具有三维空间结构的天然高分子化合物，将其接枝在聚乳酸材料中，有效弥补了聚乳酸材料机械性能不足的缺点。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本实施例中所使用的PLA购自苏州欣源昇塑料有限公司，牌号为4032D；
PBAT购自东莞市亿鑫达塑胶原料有限公司，牌号为THJS-7801；
聚乙烯亚胺购自江苏润丰合成科技有限公司，CAS号：9002-98-6；
碱木质素购自武汉京世达实业有限公司。
实施例1
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性PLA的制备：将8g聚乳酸加入到100g有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入40g，10wt％的聚乙烯亚胺水溶液，在60℃下反应40min，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液，然后再向其中加入25mL，10wt％的碱木质素溶液和15mL，30wt％的甲醛溶液，采用微波进行辐射加热，微波功率为400W，微波加热温度为80℃，微波反应时间为40min，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA；
(2)毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备：将20g改性PLA、25g PBAT、20g毛竹纤维粉、8g碳酸钙、3g纳米二氧化硅和0.8g增塑剂聚乙二醇混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
实施例2
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性PLA的制备：将6g聚乳酸加入到100g有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入45g，15wt％的聚乙烯亚胺水溶液，在50℃下反应60min，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液，然后再向其中加入20mL，20wt％的碱木质素溶液和25mL，25wt％的甲醛溶液，采用微波进行辐射加热，微波功率为600W，微波加热温度为60℃，微波反应时间为30min，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA；
(2)毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备：将25g改性PLA、30g PBAT、25g毛竹纤维粉、10g碳酸钙、3g纳米二氧化硅和0.8g增塑剂聚乙二醇混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
实施例3
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性PLA的制备：将10g聚乳酸加入到100g有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入50g，10wt％的聚乙烯亚胺水溶液，在50℃下反应60min，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液，然后再向其中加入30mL，15wt％的碱木质素溶液和25mL，30wt％的甲醛溶液，采用微波进行辐射加热，微波功率为500W，微波加热温度为80℃，微波反应时间为50min，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA；
(2)毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备：将30g改性PLA、25g PBAT、20g毛竹纤维粉、10g碳酸钙、4g纳米二氧化硅和1g增塑剂聚乙二醇混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
实施例4
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性PLA的制备：将8g聚乳酸加入到100g有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入40g，20wt％的聚乙烯亚胺水溶液，在60℃下反应30min，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液，然后再向其中加入30mL，15wt％的碱木质素溶液和15mL，35wt％的甲醛溶液，采用微波进行辐射加热，微波功率为400W，微波加热温度为80℃，微波反应时间为60min，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA；
(2)毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备：将28g改性PLA、24g PBAT、22g毛竹纤维粉、10g碳酸钙、4g纳米二氧化硅和0.9g增塑剂聚乙二醇混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
对比例1
一种毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，包括如下步骤：
将26g PLA、25g PBAT、20g毛竹纤维粉、10g碳酸钙、4g纳米二氧化硅、4g碱木质素和1g增塑剂聚乙二醇混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
将实施例1-4和对比例1所制备的可降解材料进行性能测试，具体如下：
拉伸测试：将样品材料在200℃条件下热压成0.5mm厚的薄片，然后用哑铃型裁刀，裁成特定的形状作为测试样品，拉伸速率为10mm/min；
抗冲击性测试：将样品材料在200℃条件下热压成3mm×10mm×80mm的样条，再在样品中部加工一个45°的V形缺口(上端半径为0.25mm，缺口深度为2mm)作为测试样品，所有测试均在室温下进行，每个样品重复测试5次，取平均值，测试结果如下表所示：
Figure BDA0003588469290000051
Figure BDA0003588469290000061
从表中可以看出，与未改性的PLA材料相比，本实施例所制备的生物基可降解材料的力学性能和硬度明显提高。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，以重量份计，由如下组分的制备原料所组成：改性PLA20-30份、PBAT 25-30份、毛竹纤维粉20-25份、碳酸钙8-10份、增强填料3-4份、增塑剂0.8-1份。
2.根据权利要求1所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，所述改性PLA的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚乳酸加入到有机溶剂1,4-二氧六环中，搅拌溶解，然后向其中加入聚乙烯亚胺水溶液进行反应，待反应结束后，得到氨基化改性聚乳酸溶液；
(2)将碱木质素溶液和甲醛溶液加入到步骤(1)得到的氨基化改性聚乳酸溶液中，采用微波进行辐射加热，待反应结束后，将反应产物进行洗涤，干燥，即得到改性PLA。
3.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(1)中，聚乳酸与聚乙烯亚胺水溶液的质量比为6-10:40-50。
4.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(1)中，聚乙烯亚胺水溶液的浓度为10-20wt％。
5.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(1)中，反应温度为50-60℃，反应时间为30-60min。
6.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(2)中，碱木质素溶液的加入量为20-30mL，甲醛溶液的加入量为15-25mL。
7.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(2)中，碱木质素溶液的质量分数为10-20％，甲醛溶液的质量分数为25-35％。
8.根据权利要求2所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，步骤(2)中，微波功率为300-600W，微波加热温度为60-90℃，微波反应时间为30-60min。
9.根据权利要求1所述的毛竹纤维粉生物基可降解材料，其特征在于，所述增强填料为纳米二氧化硅，增塑剂为柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或多种。
10.如权利要求1-9任一项所述毛竹纤维粉生物基可降解材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将改性PLA、PBAT、毛竹纤维粉、碳酸钙、增强填料和增塑剂混合均匀，然后通过双螺杆造粒机挤出造粒，即得到毛竹纤维粉生物基可降解材料。
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