经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料的制备方法。本发明专利技术针对目前聚乳酸虽然具有优良的生物相容性、生物降解性和加工性，但其也存在断裂伸长率小、韧性差、热稳定性差、成本高等缺陷,限制了其应用范围的问题，给出了如下具体方法：先将一定量的竹纤维长纤浸泡在NaOH溶液中2‐6小时进行预处理，去除其表面杂质。然后将经过预处理的竹纤维和表面改性剂在加热超声震荡条件下进行表面处理，干燥后得到表面改性的竹纤维长纤。最后将聚乳酸、表面改性的竹纤维长纤、抗氧剂按一定比例熔融共混造粒，得到一种热稳定性好、拉伸性能优异、成本低的改性聚乳酸/竹纤维复合材料。

【技术实现步骤摘要】
经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料的制备方法
本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感十分卓越，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。聚乳酸更大的应用潜力是在汽车装饰附件、电子数码产品方面与工程塑料竞争。然而,聚乳酸存在断裂伸长率小、韧性差、热稳定性差、成本高等缺陷,限制了其在这些方面的应用。因此需要对聚乳酸进行改性,以克服以上缺点。天然竹纤维是自然界中最丰富的天然高分子材料,具有长径比大、比表面积大、比强度高、密度低、价廉、可再生以及可生物降解等众多优点，在自然资源日渐缺乏的今天,充分利用天然竹纤维资源,发挥其独特的功能和特性,开发新的应用领域是当务之急。而天然竹纤维与可生物降解塑料复合制备绿色复合材料是开发和利用这一资源的有效途径之一。因此有必要探索开发出一种性能优越的聚乳酸/竹纤维复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前聚乳酸虽然具有优良的生物相容性、生物降解性和加工性，但其也存在断裂伸长率小、韧性差、热稳定性差、成本高等缺陷,限制了其应用范围的问题，提供一种热稳定性好、拉伸性能优异、成本低的表面改性竹纤维/聚乳酸复合材料及其制备方法。为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种经表面改性后的竹纤维和聚乳酸共混复合材料，可经挤出加工或密炼加工而成，按重量计，所述经表面改性后的竹纤维和聚乳酸共混复合材料的原料配方的质量百分比，包括：聚乳酸树脂60％‐90％，竹纤维10％‐40％，表面改性剂0.2％‐3％，抗氧剂0.01％‐1％，。本专利技术中，所述的竹纤维长纤(本专利技术的创新点之一)为长径比为200-1000的长毛竹纤维、慈竹纤维中的一种或几种。本专利技术中，所述的竹纤维长纤的平均直径为45‐200μm。本专利技术中，所述的竹纤维长纤含水率为0.5％-2％。本专利技术中，所述的表面改性剂为Y-氨基丙基三乙基硅氧烷(KH550)、Y-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH560)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)中的一种或几种。本专利技术中，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4一二叔丁基苯基)酯、亚磷酸酯三(2，4一二特丁基苯基)酯、亚磷酸苯二异癸酯、三(壬基代苯基)亚磷酸酯或亚磷酸三(壬基苯酷)、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4一二特丁基苯基)酯、多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体或三聚体的复合物中一种或多种。本专利技术所述的经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料可通过如下的塑料加工方法制备而成：(1)先将聚乳酸树脂、竹纤维长纤分别在60-90℃真空转鼓烘箱中干燥12小时以上，除去水分；(2)以重量份记，取10-40份的竹纤维长纤，浸于质量分数为4％的氢氧化钠溶液2-6小时，取出，用蒸馏水反复洗涤至PH约为7，在60-80℃真空转鼓烘箱中干燥24小时以上，得到预处理竹纤维长纤；(3)配制含0.2-3份表面改性剂的溶液，将得到的预处理的竹纤维长纤浸于上述表面改性剂(本专利技术的创新点之一)溶液中，用磁力搅拌器搅拌15min，在40℃条件下超声震荡(本专利技术的创新点之一)1‐2小时，取出在40‐80℃真空烘箱中干燥24小时以上，得到经过表面改性的竹纤维长纤；(4)将上述得到的表面改性后的竹纤维长纤、聚乳酸树脂和抗氧剂按一定比例在密炼机或双螺杆挤出机中熔融共混，密炼温度设定为160-190℃，螺杆转速为30-60rpm/min，造粒，即可得到经表面改性的聚乳酸/竹纤维复合材料。(5)最后将上述粒料在注塑机中注塑成型，注塑温度为150-190℃，即得制品。步骤(3)中，所述表面改性剂可以为硅烷偶联剂KH550，KH560和钛酸酯偶联剂NDZ-201。优选NDZ-201，其效果最好。本专利技术中的复合材料主要是由竹纤维长纤和聚乳酸共混制得，但是竹纤维中的主要成分纤维素、半纤维素和木质素等含有大量的极性羟基和酚羟基官能团,使得其表面表现出很强的化学极性,导致聚乳酸/竹纤维间界面相容性差,微观上呈非均匀体系,两相存在十分清晰的界面,粘结力差，所以竹纤维需要经过表面处理。竹纤维经过氢氧化钠预处理后，竹纤维中的部分果胶、木质素和半纤维等杂质被溶解,纤维表面的杂质被除去,纤维表面变得粗糙,使纤维与聚乳酸界面之间的机械粘合力增强。同时使竹纤维更加细化,纤维的直径减小,长径比增加,与聚乳酸会有更好的界面相容性。之后竹纤维经过表面改性剂表面改姓，表面改性剂能在竹纤维和聚乳酸间通过化学键使二者形成化学结合，使两相混合物最终形成一种均相结构—有机活性单分子层，增大了竹纤维与聚乳酸之间的界面粘着力。在表面改性过程中，通过超声震荡的方法可以使表面改性剂能更好的与竹纤维长纤相结合，更有利于提高竹纤维和聚乳酸的相容性。经过表面改性后，亲水的极性天然竹纤维表面与疏水的聚乳酸界面之间具有良好的相容性,从而使竹纤维的表面层与聚乳酸的表面层之间达到分子间的融合,把这两种不同性质的材料复合在一起,产生比原来单一材料性能更加优良的新材料。由于以上技术方案的实施，本专利技术具有如下优点:(1)本专利技术采用的竹纤维是长径比为200-1000的长纤，与聚乳酸充分共混后，可以有效的改善聚乳酸的拉伸性能。(2)本专利技术采用的竹纤维经过氢氧化钠和表面改性剂复合处理后，使材料的界面相容性得到很大提高，有利于该种复合材料综合性能的提高。(3)本专利技术所制得的复合材料与传统的聚乳酸树脂相比，热性能、拉伸性能和弯曲性能均有很大提高，尤其拉伸性能有显著提升。(4)本专利技术中，由于竹纤维不仅价廉而且具有可降解性，在降低了生产成本的同时，更有利于聚乳酸的降解，对环境无污染。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。实例1将聚乳酸树脂、竹纤维长纤分别在60℃真空转鼓烘箱中干燥12小时，以除去水分。按所占复合材料总质量的百分比，将20％的竹纤维浸于质量分数为4％的氢氧化钠溶液2小时，取出，用蒸馏水反复洗涤至PH约为7，在70℃真空转鼓烘箱中干燥24小时，得到预处理竹纤维长纤；以水：乙醇＝1:10配成含0.2％Y-氨基丙基三乙基硅氧烷(KH550)偶联剂溶液，并用醋酸调节PH至3.5-5，用磁力搅拌器搅拌30min，静置2h,将竹纤维浸于上述表面改性剂溶液中，用磁力搅拌器搅拌15min，在40℃条件下超声震荡2h后反复洗涤至PH为7，最后在80℃下烘干24h，得到经过表面改性的竹纤维长纤；将上述表面改性后的竹纤维长纤、79.3％聚乳酸树脂和0.5％抗氧剂亚磷酸三(2，4一二叔丁基苯基)酯一起放入密炼机中混合密炼，密炼温度为175℃，螺杆转速为45rpm/min，造粒，得到本实施例的经表面改性的聚乳酸/竹纤维复合材料；最后将上述粒料在注塑机中注塑成型，注塑温度为150-190℃，即得制品。性能测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于该复合材料为聚乳酸树脂、竹纤维长纤、表面改性剂和抗氧剂共混而成的混合物；按照质量百分比其中：聚乳酸树脂60％‐90％，竹纤维10％‐40％，表面改性剂0.2％‐3％，抗氧剂0.01％‐1％。

【技术特征摘要】
1.一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于该复合材料为聚乳酸树脂、竹纤维长纤、表面改性剂和抗氧剂共混而成的混合物；按照质量百分比其中：聚乳酸树脂60％‐90％，竹纤维10％‐40％，表面改性剂0.2％‐3％，抗氧剂0.01％‐1％。2.根据权利要求1所述一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于：所述的竹纤维长纤为长径比为200‐1000的长毛竹纤维、慈竹纤维中的一种或几种。3.根据权利要求1所述一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于：竹纤维长纤的平均直径为45‐200μm。4.根据权利要求1所述一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于：竹纤维长纤的含水率为0.5％‐2％。5.根据权利要求1所述一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于：所述的表面改性剂为Y‐氨基丙基三乙基硅氧烷(KH550)、Y‐缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH560)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ‐201)中的一种或几种。6.根据权利要求1所述一种经表面改性后的竹纤维长纤和聚乳酸共混复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4一二叔丁基苯基)酯、亚磷酸酯三(2，4一二特丁基苯基)酯、亚磷酸苯二异癸酯、三(壬基代苯基)亚磷酸酯或亚磷酸三(壬基苯酷)、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4一二特丁基苯基)酯、多烷基双酚A亚磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，胡广，周晔，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31