CN115058033A - 一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于高分子复合材料技术领域，公开一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法，由可生物降解的PLA纤维或PLA织物的增强体和聚羟基脂肪酸酯（PHA）基体组成。本发明的环保型PLA纺织复合材料可以完全生物降解，有良好的生物相容性，同时也兼具良好的韧性和其他机械性能，生产过程绿色环保，工艺简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于纺织复合材料技术领域，具体涉及一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法。
背景技术
在过去的几十年中，石油基合成纤维已广泛应用于纺织、生物医学和农业等多个领域。然而，由于石油基合成材料不可生物降解且不可再生的缺点导致了一系列的环境问题。当前，石油资源因过度开发而面临枯竭难题，极大地限制了非生物降解的石油基合成材料的应用。因此，原料完全来源于生物质资源并且可生物降解的材料将作为石油基合成材料的有力替代品引起社会各界的极大关注，聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯都具有良好的可生物降解性，生物相容性和可再生性，是热门的绿色环保材料。
纺织复合材料是以纺织纤维及其结构体实现增强的先进复合材料，是一种不均匀材料，具有明显的纤维与基体界面。纤维与基体在界面上存在着力的相互作用，纺织复合材料既保留了纤维和基体的主要优点，又克服或减少了纤维和基体的许多缺点，还可以产生纤维与基体所没有的一些优异性能。多年的研究应用表明:纺织增强复合材料与传统的材料相比,具有重量轻，使用寿命长,强度高、整体性强、抗震、耐腐蚀等特点,经济效益、社会效益十分显著。到目前为止，纺织材料已经应用到了航空航天工业，船舶工业，汽车工业，体育用品，军事工业，医疗卫生行业等等。专利CN105818492B中公开了一种生物活性磷酸盐基连续玻璃纤维纺织复合材料，是由包含生物活性磷酸盐基连续玻璃纤维与聚乳酸纤维的混纺织物和生物相容性聚合物组成,其所制备的纺织复合材料中包含很多的无机成分，无法完全降解。
中国专利CN202111245096.4公开了一种聚乳酸聚羟基脂肪酸酯熔喷非织造材料的制备方法，涉及非织造新材料技术领域，通过添加聚羟基脂肪酸酯与聚乳酸共混，在提高熔喷非织造材料的熔融指数的同时，提高熔喷非织造材料中的增韧效果，在保证拉伸强度变化不大下，改善熔喷非织造材料的韧性，提高熔喷非织造材料的断裂伸长率，既具备环境友好、可生物降解的性能，同时又具有较好的力学性能，为材料的后续开发和广泛应用提供了可能，但是考虑到专利CN202111245096.4属于非织造布的加工，本申请的目标产品实透明的塑料制品，二者产品不一样。虽然二者都提到了PHA的增韧，但本申请除了韧性还有耐热性能、透明度的改变。本申请使用聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯制作聚乳酸纺织复合材料，可以增强聚乳酸复合材料的韧性，提高材料的机械性能，且仅由聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯组成，在提高聚乳酸材料的机械性能的同时，还可以实现完全降解。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对现有技术的不足，解决了目前纺织复合材料中包含很多的无机成分，无法完全降解等技术问题，提供了一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法，该方法制备的聚乳酸纺织复合材料可以完全生物降解，不会对环境产生有害物质，有优异的韧性和其他机械性能，生产过程绿色环保，工艺简单，成本较低，有利于实现工业化。
技术方案：
为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，所述聚乳酸纺织复合材料是由聚乳酸(PLA)材料的增强体和聚羟基脂肪酸酯(PHA)材料的基体组成，具体包括如下步骤：
第一步：按质量份数配比称取PLA纤维或织物30-70份、PHA纤维或织物30-70份进行干燥处理至含水率小于300ppm；
第二步：将第一步中干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤维或者织物的上下表面；
第三步：将第二步得到的多层纤维或织物结构放入热压机，加热熔融，冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。
进一步地，所述聚乳酸的熔点为170-230℃，所述的聚羟基脂肪酸酯的熔点为80-150℃。
进一步地，所述聚乳酸纤维材料增强体是指聚乳酸纤维或聚乳酸织物，聚乳酸纤维的单纤维直径为5-30μm。
进一步地，所述聚羟基脂肪酸酯基体是指聚羟基脂肪酸酯纤维或聚羟基脂肪酸酯织物，聚羟基脂肪酸酯的单纤维直径为6-25μm。
进一步地，所述聚乳酸织物为网状、平纹布、或立体的形状，织物的组织结构为纱罗、席纹、平纹、斜纹、缎纹或三维多向。
进一步地，所述第一步中的干燥处理是指将PLA纤维或织物和PHA纤维放在70℃真空干燥箱中2-5小时。
进一步地，所述第二步中将PHA纤维均匀铺在干燥处理的PLA纤维或者织物的上下表面，可以重复操作，直至达到理想厚度。
进一步地，所述第三步中放入热压机中加热，热压温度为125-155℃，时间在1-10分钟，压力为2-10MPa。
本申请还公开了上述制备方法制得的环保型聚乳酸纺织复合材料，所述复合材料拉伸强度为60-100MPa，断裂伸长率为30％-80％，生物降解率100％。
上述一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法的原理在于：本发明采用聚乳酸纤维材料为增强体，PHA作为基体制备纺织复合材料。聚乳酸和PHA的熔融温度差异较大，利用二者的温度差加工复合材料，热加工时聚乳酸纤维制品保持纤维状态，而PHA熔融作为基体，依靠PHA粘附作用，使复合材料成型。聚乳酸纤维制品提供强度，而PHA提供韧性，从而使复合材料具有优异的强度和断裂伸长率。由于聚乳酸和PHA均为可生物降解高分子材料，因此所制备的纺织复合材料完全可生物降解。
有益效果：
本申请提供了一种环保型聚乳酸纺织复合材料及其制备方法，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1.所制备的聚乳酸纺织复合材料具有聚乳酸的高强度，又有聚羟基脂肪酸酯的较好延展性和断裂伸长率。
2.没有使用小分子的增韧剂，增溶剂等化学物质，可以保证产品完全降解，无毒环保。
3.制造工艺简单，制造成本低，可较好的应用在环保功能材料领域，满足高分子材料行业的生产需求。
4.聚乳酸增强PHA纺织复合材料拉伸强度为60-100MPa，断裂伸长率为30％-80％，生物降解率100％。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：称取对应质量的熔点为180℃、单纤维直径为5μm的PLA纤维70份；熔点为80℃，单纤维直径为6μm的PHA纤维30份放在70℃的真空干燥箱中2小时进行干燥处理；
第二步：将第一步中的干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤维的上下表面；
第三步：将第二步得到的三层纤维结构放入热压机中加热，热压温度为125℃，时间1分钟，压力为2MPa，加热熔融后，经过50℃冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为60MPa，断裂伸长率为30％。
实施例2：
一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：称取对应质量的熔点为230℃、单纤维直径为20μm的PLA纤维50份；熔点为120℃，单纤维直径为10μm的PHA纤维50份放在70℃的真空干燥箱中5小时进行干燥处理；
第二步：将第一步中的干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤维的上下表面，再将PLA纤维铺一层在PHA纤维上表面，最后再铺一层PHA纤维；
第三步：将第二步得到的五层纤维结构放入热压机中加热，热压温度为135℃，时间10分钟，压力为10MPa，加热熔融后，经过10℃冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为100MPa，断裂伸长率为70％。
实施例3：
一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：称取对应质量的熔点为170℃、单纤维直径为30μm，形状为网状的PLA织物30份；熔点为150℃，单纤维直径为12μm的PHA纤维70份放在70℃的真空干燥箱中3小时进行干燥处理；
第二步：将第一步中的干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤织物的上下表面；
第三步：将第二步得到的六层纤维或织物结构放入热压机中加热，热压温度为155℃，时间10分钟，压力为3MPa，加热熔融后，经过0℃冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为70MPa，断裂伸长率为80％。
实施例4：
一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：称取对应质量的熔点为180℃、单纤维直径为10μm的PLA纤维60份；熔点为100℃，单纤维直径为25μm的PHA纤维或织物40份放在70℃的真空干燥箱中2.5小时进行干燥处理；
第二步：将第一步中的干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤维的上下表面；
第三步：将第二步得到的三层纤维结构放入热压机中加热，热压温度为140℃，时间在12分钟，压力为3MPa，加热熔融后，经过25℃冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为80MPa，断裂伸长率为60％。
对比例1：
环保型聚乳酸纺织复合材料，制备步骤如下：
(1)称取熔点为180℃、单纤维直径为5μm的PLA纤维；将PLA纤维放在70℃的真空干燥箱中2.5小时进行干燥处理。
(2)将步骤(1)干燥处理的PLA纤维均匀成网。
(3)将步骤(2)得到的PLA纤维网放入热压机加热，热压温度为200℃，时间5分钟，压力3MPa，加热熔融后，经过冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为50MPa，断裂伸长率为10％。
对比例2：
环保型聚乳酸纺织复合材料，制备步骤如下：
(1)称取熔点为150℃、单纤维直径为10μm的PHA纤维；将PHA纤维放在70℃的真空干燥箱中2.5小时进行干燥处理。
(2)将步骤(1)干燥处理的PHA纤维均匀成网。
(3)将步骤(2)得到的PHA纤维网放入热压机加热，热压温度为160℃，时间5分钟，压力3MPa，加热熔融后，经过冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。复合材料拉伸强度为40MPa，断裂伸长率为70％。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于，所述环保型聚乳酸纺织复合材料是由聚乳酸（PLA）纤维材料增强体和聚羟基脂肪酸酯（PHA）基体组成，复合材料中增强体仍然以纤维或织物形成存在，具体包括如下步骤：
第一步：按质量份数配比称取PLA纤维或织物30-70份、PHA纤维或织物30-70份进行干燥处理至含水率小于300 ppm；
第二步：将第一步中干燥处理的PHA纤维均匀的铺在干燥处理的PLA纤维或者织物的上下表面；
第三步：将第二步得到的多层纤维或织物结构放入热压机，加热熔融，冷却，整修，制得环保型聚乳酸纺织复合材料。
2.根据权利要求1所述环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸的熔点为170-230℃，所述的聚羟基脂肪酸酯的熔点为80-150℃。
3.根据权利要求1所述的环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸纤维材料增强体是指聚乳酸纤维或聚乳酸织物，聚乳酸纤维的单纤维直径为5-30μm。
4.根据权利要求1所述的环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚羟基脂肪酸酯基体是指聚羟基脂肪酸酯纤维或聚羟基脂肪酸酯织物，聚羟基脂肪酸酯的单纤维直径为6-25μm。
5.根据权利要求3所述的环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸织物为网状、平纹布、或立体的形状，织物的组织结构为纱罗、席纹、平纹、斜纹、缎纹或三维多向。
6.一种权利要求1-5任一制备方法制得的环保型聚乳酸纺织复合材料，其特征在于：所述复合材料拉伸强度为60-100MPa，断裂伸长率为30%-80%，生物降解率100%。
7.根据权利要求1所述环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的干燥处理是指将PLA纤维或织物和PHA纤维放在70℃真空干燥箱中2-5小时。
8.根据权利要求1所述环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中将PHA纤维均匀铺在干燥处理的PLA纤维或者织物的上下表面，可以重复操作，直至达到理想厚度。
9.根据权利要求1所述环保型聚乳酸纺织复合材料的制备方法，其特征在于，所述第三步中放入热压机中加热，热压温度为125-155℃，时间在1-10分钟，压力为2-10 MPa。
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