可生物降解的复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可生物降解的复合材料及其制备方法和应用。该复合材料的制备方法包括以下步骤：对植物纤维原料进行预处理，以破坏所述植物纤维原料的束状结构，得到长径比为400～1000的植物纤维，再将其置于水中并高剪切分散均匀，抽滤，烘干，得到植物纤维基材；将固化剂溶于第一溶剂中，然后加入环氧大豆油，加热搅拌，冷却后再加入第二溶剂，得到环氧大豆油预聚体溶液；将所述环氧大豆油预聚体溶液与所述植物纤维基材共混，挥发溶剂，得共混物，将所述共混物在模具中进行预固化后再进行固化，即得。本发明专利技术制备得到的复合材料具备良好的生物降解性，良好的拉伸强度、疏水性和热稳定性。

Biodegradable composite material, preparation method and application thereof

The invention relates to a biodegradable composite material, a preparation method and an application thereof. A method for preparing the composite material comprises the following steps: the plant fiber raw material is pretreated with sheaflike structure damage to the plant fiber as raw material, get the slenderness ratio is 400 ~ 1000 of the plant fiber, and then placed in the water and high shear dispersion, filtration, drying, get the plant fiber substrate; curing the first agent dissolved in the solvent, then adding epoxy soybean oil, heating and stirring, cooling and adding second solvent, obtained epoxy soybean oil prepolymer solution; the epoxy soybean oil prepolymer solution with the plant fiber material blending, the volatile solvent, to blend the pre blends curing in the mold after curing, i.e.. The composite prepared by the invention has good biodegradability, good tensile strength, hydrophobic property and thermal stability.

【技术实现步骤摘要】
可生物降解的复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及一种可生物降解的复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在石油基包装材料带来的资源危机和环境污染的情况下，研究新型环保生物可降解包装材料已经成为研究者们一个重要的课题领域，国内外学者也对此进行了大量的研究并取得了较多的研究成果。其中以植物纤维为原料制得的具有代表性的包装材料有瓦楞纸、蜂窝纸、植物纤维/淀粉复合材料、植物纤维/塑料复合材料、纸浆模塑、纤维素薄膜等，这些材料主要是采用废纸纤维、纸浆和作物秸秆等为原料通过发泡、挤出、热压和流延等技术加工成型，具备良好的生物降解性和环境友好性，是现代包装材料的研究热点。然而，这些以植物纤维为原料制得的包装材料依然存在一些缺陷，比如瓦楞纸、蜂窝纸和纸浆模塑等对森林资源消耗严重，也容易造成水污染，同时这类材料耐水性极差；植物纤维/淀粉材料存在工艺复杂、材料性能不够理想以及吸水性强等缺点，而纤维素薄膜制备过程中有成型困难、成本高和不环保等问题，植物纤维/塑料材料也存在可生物降解性差、界面结合差等不足。因此，可以看出对于植物纤维可生物降解包装材料的研发，依然存在较多的问题需要进一步解决。其综合性能的提升、制备过程的简化是这类材料得以广泛应用的研究趋势。植物油基热塑性树脂、热固性树脂等材料已逐渐被开发并被快速应用到包装材料、医疗设备、日用品、农业、汽车、船舶等领域。其中环氧大豆油作为已经工业化的产品已经在新材料的制备上得到了广泛的研究，尤其是热固性树脂的制备，但依然普遍存在树脂强度差的问题。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供了一种可生物降解的复合材料的制备方法，制备得到的复合材料具备良好的生物降解性，良好的拉伸强度、疏水性和热稳定性。具体技术方案如下：一种可生物降解的复合材料的制备方法，包括以下步骤：植物纤维基材的制备：对植物纤维原料进行预处理，以破坏所述植物纤维原料的束状结构(达到分纤的目的)，得到长径比为400～1000的植物纤维A，将所述植物纤维A置于水中并高剪切分散均匀，抽滤，烘干，得到植物纤维基材；环氧大豆油预聚体的制备：将固化剂溶于第一溶剂中，然后加入环氧大豆油，加热搅拌，冷却后再加入第二溶剂，得到环氧大豆油预聚体溶液；所述固化剂为多元酸类固化剂和/或多元酚类固化剂；复合材料的制备：将所述环氧大豆油预聚体溶液与所述植物纤维基材共混，挥发溶剂，得共混物，将所述共混物在模具中进行预固化后再进行固化，即得所述可生物降解的复合材料。可以通过喷洒和浸渍的方式将所述环氧大豆油预聚体溶液与所述植物纤维基材共混。在其中一些实施例中，所述植物纤维原料选自麻纤维、竹纤维、木纤维、农作物秸秆和蔗渣中的至少一种。在其中一些实施例中，所述多元酸类固化剂选自草酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、丁二酸、丁烷四羧酸中的至少一种，所述多元酚类固化剂为单宁酸。在其中一些实施例中，所述多元酸类固化剂为柠檬酸或丁烷四羧酸。在其中一些实施例中，所述第一溶剂为水和/或无水乙醇，所述第二溶剂为丙酮和/或乙醇，所述加热搅拌为在60～100℃的温度下搅拌10～30min。在其中一些实施例中，复合材料的制备的步骤中所述预固化的压力为1～10MPa，温度为120～160℃，时间为5～30min；所述固化的压力为0.5～5MPa，温度为140～180℃，时间不小于2h。在其中一些实施例中，复合材料的制备的步骤中所述预固化的压力为4～6MPa，时间为5～15min；所述固化的压力为0.8～1.2MPa，温度为160～180℃，时间为2～4h。在其中一些实施例中，植物纤维基材的制备步骤中所述预处理的方法为研磨、高剪切均质或蒸汽爆破。在其中一些实施例中，环氧大豆油预聚体的制备步骤中所述环氧大豆油中的环氧基团与所述多元酸类固化剂中的羧酸基团的摩尔比为1:0.5～1:2；或者所述环氧大豆油中的环氧基团与所述多元酚类固化剂中的酚羟基的摩尔比为1:0.8～1:1.6。在其中一些实施例中，环氧大豆油预聚体的制备步骤中所述环氧大豆油中的环氧基团与所述多元酸类固化剂中的羧酸基团的摩尔比为1:0.8～1:1.2；或者所述环氧大豆油中的环氧基团与所述多元酚类固化剂中的酚羟基的摩尔比为1:1.2～1:1.6。在其中一些实施例中，环氧大豆油预聚体的制备步骤中所述多元酸类固化剂与所述第一溶剂的质量比为10:1～2:1；或者所述多元酚类固化剂与所述第一溶剂的质量比为1：6～1:10；及/或所述环氧大豆油预聚体溶液中环氧大豆油预聚体的浓度为0.05～0.5g/ml。在其中一些实施例中，环氧大豆油预聚体的制备步骤中所述多元酸类固化剂与第一溶剂的质量比为4:1～2:1；或者所述多元酚类固化剂与所述第一溶剂的质量比为1:7～1:9；及/或所述环氧大豆油预聚体溶液中环氧大豆油预聚体的浓度为0.1～0.3g/ml。在其中一些实施例中，复合材料的制备的步骤中所述环氧大豆油预聚体溶液中的环氧大豆油预聚体与所述植物纤维基材的质量比为0.1-1:1，即所述植物纤维基材在所述可生物降解的复合材料中的质量百分比为50～90.9％。在其中一些实施例中，复合材料的制备的步骤中所述环氧大豆油预聚体溶液中的环氧大豆油预聚体与所述植物纤维基材的质量比为0.4-0.8:1，即所述植物纤维基材在所述可生物降解的复合材料中的质量百分比为55.6～71.4％。在其中一些实施例中，复合材料的制备的步骤中所述环氧大豆油预聚体溶液中的环氧大豆油预聚体与所述植物纤维基材的质量比为0.55-0.65:1，即所述植物纤维基材在所述可生物降解的复合材料中的质量百分比为60.6～64.5％。本专利技术还提供了一种可生物降解的复合材料。具体技术方案如下：由上述的制备方法制备得到的可生物降解的复合材料。本专利技术还提供了上述可生物降解的复合材料的应用。具体技术方案如下：上述的可生物降解的复合材料在制备包装材料中的应用。本专利技术的可生物降解的复合材料及其制备方法和应用具有以下优点和有益效果：1、本专利技术以环氧大豆油树脂对经过预处理分纤后的植物纤维进行改性，制得可生物降解的新型环保复合材料，其中，环氧大豆油树脂由环氧大豆油在多元酸或多元酚为固化剂的条件下制备得到。该复合材料的化学交联键主要为酯键和醚键，容易被土壤中的微生物所分泌的酶进攻而降解，因而具备良好的生物降解性。用本专利技术的制备方法制备得到的复合材料同时还具有良好的拉伸强度，具有较低的吸水率和较大的接触角，疏水性良好，此外还具备优异的界面结合性，具有优异的综合性能。2、现有方法中以多元酸和多元酚作为固化剂制备得到的环氧大豆油树脂的交联度低、强度差，应用较为困难，在该领域受到的关注较少，本专利技术将该环氧大豆油树脂对植物纤维进行改性可制备综合性能优异的环保型复合材料，实现了对这类树脂的高效利用。3、本专利技术中的环氧大豆油树脂具备两亲性，其原因是其既具有疏水性的脂肪酸烷基长链，也存在环氧基团开环后所残留的羟基和未反应完全的羧基。树脂在植物纤维基体中交联固化时，羧酸和羟基等极性基团与植物纤维有着较好的化学物理结合，形成较好的界面相容性。与传统的石油基聚合物(聚乙烯、聚丙烯等)相比，不需要额外的处理过程就能达到很好的界面结合，从而提升所制备的复合材料的综合性能。4、本专利技术所制备的复合材料，其原材料来源于自然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可生物降解的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：植物纤维基材的制备：对植物纤维原料进行预处理，以破坏所述植物纤维原料的束状结构，得到长径比为400～1000的植物纤维A，将所述植物纤维A置于水中并高剪切分散均匀，抽滤，烘干，得到植物纤维基材；环氧大豆油预聚体的制备：将固化剂溶于第一溶剂中，然后加入环氧大豆油，加热搅拌，冷却后再加入第二溶剂，得到环氧大豆油预聚体溶液；所述固化剂为多元酸类固化剂和/或多元酚类固化剂；复合材料的制备：将所述环氧大豆油预聚体溶液与所述植物纤维基材共混，挥发溶剂，得共混物，将所述共混物在模具中进行预固化后再进行固化，即得所述可生物降解的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种可生物降解的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：植物纤维基材的制备：对植物纤维原料进行预处理，以破坏所述植物纤维原料的束状结构，得到长径比为400～1000的植物纤维A，将所述植物纤维A置于水中并高剪切分散均匀，抽滤，烘干，得到植物纤维基材；环氧大豆油预聚体的制备：将固化剂溶于第一溶剂中，然后加入环氧大豆油，加热搅拌，冷却后再加入第二溶剂，得到环氧大豆油预聚体溶液；所述固化剂为多元酸类固化剂和/或多元酚类固化剂；复合材料的制备：将所述环氧大豆油预聚体溶液与所述植物纤维基材共混，挥发溶剂，得共混物，将所述共混物在模具中进行预固化后再进行固化，即得所述可生物降解的复合材料。2.根据权利要求1所述的可生物降解的复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元酸类固化剂选自草酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、丁二酸、丁烷四羧酸中的至少一种，所述多元酚类固化剂为单宁酸。3.根据权利要求1所述的可生物降解的复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为水和/或无水乙醇，所述第二溶剂为丙酮和/或乙醇，所述加热搅拌为在60～100℃的温度下搅拌10～30min。4.根据权利要求1-3任一项所述的可生物降解的复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料的制备的步骤中所述预固化的压力为1～10MPa，温度为120～160℃，时间为5～30min；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯彦洪，雷波，瞿金平，何和智，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44