玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料及其制备方法，属于化工领域。由以下质量份的原料制成的；聚乳酸70％～95％；改性秸秆纤维素5％～30％。将改性秸纤维素溶于N，N－二甲基乙酰胺，反应釜预热80℃～90℃，30～40min；开通均质机，设定转速为80～120r/min，加入聚乳酸，维持80℃～90℃、80～120r/min反应140～160min后，共混溶液均匀，真空脱气，采用流延法均匀的涂敷，烘干。优点是：将改性秸秆纤维素混杂填充聚乳酸复合材料，在混杂填充复合材料中，应用改性秸秆纤维充分发挥了秸秆纤维对聚乳酸基体的增强效果，并降低成本，其中，20％的固体酸改性秸秆纤维素在强度和耐热性方面效果良好。

Corn stalk cellulose toughened polylactic acid composite material and preparation method thereof

The invention relates to a corn stalk cellulose toughening modified polylactic acid composite material and a preparation method thereof, belonging to the field of chemical industry. It is made from the following raw materials: polylactic acid 70% to 95%; modified straw cellulose 5% to 30%. The modified straw cellulose was dissolved in N, N two methyl acetamide, the reaction kettle was preheated from 80 to 90 C, 30 ~ 40min, and the homogenizing machine was set up to be 80 ~ 120r/min, adding polylactic acid, maintaining 80 to 90, 80 to 120r/min for 140 to 160min, the blend solution was uniform and vacuum degassed, and the coating was evenly coated and baked by the casting method. Dry. The advantages are as follows: the modified straw cellulose is mixed with polylactic acid composite material, and the modified straw fiber is used to enhance the effect of the straw fiber to the polylactic acid matrix, and the cost is reduced, in which 20% of the solid acid modified straw cellulose has a good effect on strength and heat resistance.

【技术实现步骤摘要】
玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术属于化工领域，涉及一种高分子材料，具体来说是一种纤维素增韧改性聚乳酸复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着化石资源的日益枯竭，环保问题越来越严重，尤其是白色污染治理难题的出现，迫切需要寻找可降解和可再生的生物材料，来替代塑料制品。因此，可降解生物材料也就理所当然地成为塑料领域的主流方向。然而，可降解材料都有或多或少的缺陷，攻克这些缺陷，扩大其应用范围，对于推广生物可降解材料减少环境污染有重要意义。聚乳酸是天然淀粉、纤维素为原料，经水解得到葡萄糖，再经乳酸菌厌氧发酵转化成乳酸，最后经聚合反应生成的热塑性脂肪族聚酯；是一种生物相容性良好，无毒无害，强度高、可塑性好的可降解生物塑料，在工业、农业、家居生活、生物医学等领域具有广泛的应用价值。目前，聚乳酸存在性脆易折、韧性差、不耐冲击，生产成本较高等，诸多因素影响了其广泛应用。吉林省是农业大省，是我国的黄金玉米带，玉米种植面积达4000万亩，玉米产量达2500万吨以上，年可利用玉米秸秆量超过2800万吨。玉米秸秆是一种可供开发和综合利用的绿色资源。目前，大量玉米秸秆无处可用，或被焚烧，或堆积在路边任其腐烂。即浪费了宝贵的自然资源，又污染了环境，已成为近年雾霾频发的重要原因之一。纤维素在自然界中分布最广、含量最多，占植物界碳含量的50％以上。纤维素家族主要分为甲基纤维素、乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素这几种，虽然同属于纤维素范畴，但彼此的性能却也有较大差异，比如：甲基纤维素可溶于水，乙基纤维素易溶于有机溶剂，纤维素与聚乳酸的共混改性的方法在文献中已有报道。现有专利CN201310739111.X公开了一种将天然纤维素原料(秸秆、木纤维等)和聚乳酸在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液中溶解后沉淀干燥得到共混产物。该方法缺点是采用有机溶剂中混合制备复合材料。专利CN201610468074.7公开了一种的制备方法，采用聚己二酸二甘醇酯增韧改性聚乳酸，然后与是从棉杆皮中提取纳米纤维素微纤进行熔融挤出得到复合材料。现有专利及相关报道，均存在原料成本高、工艺复杂、共混材料韧性差等不足。
技术实现思路
本专利技术提供一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料及其制备方法，旨在增强聚乳酸的韧性，降低生产成本。本专利技术采取的技术方案是，由以下质量份的原料制成的；聚乳酸70％～95％；改性秸秆纤维素5％～30％。所述改性秸秆纤维素是由如下方法制得的：收集玉米秸秆，105℃烘干，粉碎至60目，加入14倍体积的固体酸，该固体酸的浓度为1.5％，时间80min，温度120℃。一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料的制备方法，包括下列步骤：(1)、将改性秸纤维素溶于N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)；(2)、反应釜预热80℃～90℃，30～40min；(3)、开通均质机，设定转速为80～120r/min；(4)、加入聚乳酸(5)、维持80℃～90℃、80～120r/min反应140～160min后，共混溶液均匀；(6)、真空脱气(7)、采用流延法均匀的涂敷；(8)、烘干；(9)、室温水浴浸泡，烘干。本专利技术的优点是：将改性秸秆纤维素混杂填充聚乳酸复合材料，在混杂填充复合材料中，应用改性秸秆纤维充分发挥了秸秆纤维对聚乳酸基体的增强效果，并降低成本，其中，20％的固体酸改性秸秆纤维素在强度和耐热性方面效果良好。附图说明图1是不同纤维素对共混复合材料抗拉强度的影响图；图2是不同纤维素对共混复合材料断裂伸长率的影响图；图3是不同纤维素对共混复合材料弯曲强度的影响图；图4是不同纤维素对共混复合热性能的影响图。具体实施方式以下实施例所采用的改性秸秆纤维素是由如下方法制得的：收集玉米秸秆，105℃烘干，粉碎至60目，加入14倍体积的固体酸，该固体酸的浓度为1.5％，时间80min，温度120℃。实施例1由以下质量份的原料制成的；聚乳酸70％；改性秸秆纤维素30％。包括下列步骤：(1)、将改性秸纤维素溶于N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)；(2)、反应釜预热80℃，30min；(3)、开通均质机，设定转速为80r/min；(4)、加入聚乳酸(5)、维持80℃、80r/min反应140min后，共混溶液均匀；(6)、真空脱气(7)、采用流延法均匀的涂敷；(8)、烘干；(9)、室温水浴浸泡，烘干。实施例2由以下质量份的原料制成的；聚乳酸82.5％；改性秸秆纤维素17.5％。包括下列步骤：(1)、将改性秸纤维素溶于N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)；(2)、反应釜预热85℃，35min；(3)、开通均质机，设定转速为100r/min；(4)、加入聚乳酸(5)、维持85℃、100r/min反应150min后，共混溶液均匀；(6)、真空脱气(7)、采用流延法均匀的涂敷；(8)、烘干；(9)、室温水浴浸泡，烘干。实施例3由以下质量份的原料制成的；聚乳酸95％；改性秸秆纤维素5％。包括下列步骤：(1)、将改性秸纤维素溶于N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)；(2)、反应釜预热90℃，40min；(3)、开通均质机，设定转速为120r/min；(4)、加入聚乳酸(5)、维持90℃、120r/min反应160min后，共混溶液均匀；(6)、真空脱气(7)、采用流延法均匀的涂敷；(8)、烘干；(9)、室温水浴浸泡，烘干。下边通过聚乳酸和改性秸秆纤维素复合材料性能实验来进一步说明本专利技术效果。1、拉伸性能由图1可以看出，添加不同的秸秆纤维素，抗拉强度不同。添加未经处理的秸秆纤维素，抗拉强度随着纤维填充重量分数的增加而逐渐下降。其原因是未处理秸秆纤维含有大量的亲水性羟基，这与聚乳酸材料表面疏水性基团相背离，因此，两相界面性能较差。经过碱液处理秸秆纤维，除去了纤维表面的果胶、木质素、半纤维素等成分，纤维素裸露面积加大，提高了抗拉强度；添加20％固体酸改性玉米秸秆，其抗拉强度可达到80Mpa，效果良好。2断裂伸长率由图2可以看出，随着纤维的加入，共混复合材料的断裂伸长率明显降低。聚乳酸基体本身的断裂伸长率为6.5％，属于脆性聚合物材料。在秸秆纤维增强聚乳酸复合材料受拉过程中，纤维素和聚乳酸材料之间的界面层会比较容易被破坏，进而加速复合材料的脆性断裂。大于5％的纤维添加量，其断裂伸长率均显著降低，固体酸改性秸秆纤维优于碱改性秸秆纤维素。3弯曲强度由图3可以看出，固体酸改性秸秆纤维素的添加，有效的提高了共混材料的弯曲强度，可见纤维与基体之间的界面相容性的改善有助于冲击性能的改善。4热重分析由图4可以看出，聚乳酸基体中加入秸秆纤维之后，复合材料的热稳定性略有降低。加入秸秆纤维后，纤维与基体材料不但受到热作用，而且纤维与基体之间、纤维与纤维之间的相互摩擦力，会导致纤维自身的降解，并促进聚乳酸基体的热降解和机械降解，从而会使基体分子量降低，降低其热稳定性。碱处理秸秆增强复合材料的热稳定性略高于未处理秸秆纤维增强复合材料，固体酸改性秸秆纤维热稳定性效果最优。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料，其特征在于：由以下质量份的原料制成的；聚乳酸70％～95％；改性秸秆纤维素5％～30％；所述改性秸秆纤维素是由如下方法制得的：收集玉米秸秆，105℃烘干，粉碎至60目，加入14倍体积的固体酸，该固体酸的浓度为1.5％，时间80min，温度120℃。

【技术特征摘要】
1.一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料，其特征在于：由以下质量份的原料制成的；聚乳酸70％～95％；改性秸秆纤维素5％～30％；所述改性秸秆纤维素是由如下方法制得的：收集玉米秸秆，105℃烘干，粉碎至60目，加入14倍体积的固体酸，该固体酸的浓度为1.5％，时间80min，温度120℃。2.如权利要求1所述的一种玉米秸秆纤维素增韧改性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟毅，李义，王刚，刘志刚，王文玲，王金枝，武丽达，
申请(专利权)人：吉林中粮生化有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22